Staal bestaat uit de elementen ijzer met een klein beetje koolstof. Voegen we daar voldoende chroom aan toe? Dan noemen we het RVS, ofwel roestvast* staal. In de praktijk worden daar vaak ook nog andere legeringselementen aan toegevoegd.
De term ‘legeren’ is het toevoegen van elementen aan een metaal met als doel om eigenschappen te verbeteren. Welke eigenschappen er precies verbeteren hangt af van het element en de hoeveelheid.
In deze blog vertellen we u graag waar RVS uit bestaat, wat er zoal aan wordt toegevoegd en wat de functie van die toevoegingen is.
*In de volksmond wordt RVS vaak roestvrij staal genoemd. Echter, die term is niet helemaal juist. RVS is corrosievast door een heel dun beschermend oxidelaagje. Oxide is een verbinding van een metaal met zuurstof, zoals roest een verbinding is van ijzer met zuurstof. Daarnaast kan RVS ook gewoon gaan roesten. Daarom wordt in de metaalbranche meestal niet gesproken van roestvrij staal, maar van roestvast staal.
Standaard RVS, ook wel chroomstaal genoemd, bestaat uit ijzer, koolstof en chroom. Een vereiste is dat er minimaal 10,5% chroom en maximaal 1,2% koolstof in zit.
Wanneer ijzer in aanraking komt met vocht, dan ontstaat er door de zuurstof in het vocht ijzeroxide. IJzeroxide is beter bekend als roest. Het roodbruine kleurtje aan het oppervlak van staal.
Daarmee komen we tot de functie van legeringselement chroom. Dit element reageert ook met zuurstof, maar doet dat gemakkelijker en sneller dan ijzer. Voordat het ijzer kan gaan roesten, vormen chroom en zuurstof samen een chroomoxide huid aan het oppervlak. Deze laag is (nagenoeg) luchtdicht. Zuurstof komt er niet doorheen en kan het ijzer niet bereiken. Zonder zuurstof kan er geen oxide worden gevormd en dus stopt het roestproces.
Naast chroom zijn er nog meer elementen die kunnen worden toegevoegd aan RVS. De meest gebruikte elementen zijn deze:
• Nikkel
• Molybdeen
• Stikstof
• Titaan
• Silicium
• Zwavel
• Mangaan
Zoals uitgelegd zorgt chroom in het staal voor een beschermende oxidehuid. Hierdoor is het staal redelijk goed beschermd tegen vocht. Door extra elementen toe te voegen, wordt deze bescherming verbeterd. Met name de weerstand tegen chloriden.
Nikkel is zo’n element. Chloriden zijn in staat om de chroomoxide huid af te breken. U vindt chloriden niet alleen terug in tastbare producten als bijvoorbeeld keukenzout, strooizout, zwembad- en zeewater, maar ook in de lucht bij zwembaden en kustgebieden. Dankzij nikkel moeten chloriden als het ware meer moeite doen om de chroom-atomen uit de oxidehuid te wrikken. Hierdoor gaat de weerstand tegen chloriden omhoog. Nikkel zit bijvoorbeeld in RVS 304.
Ook molybdeen maakt RVS beter bestand tegen corrosie. Er is slechts een paar procent van nodig om de corrosiebestendigheid drastisch te verhogen. De functie is gelijk aan die van nikkel: het zorgt dat chloriden meer moeite moeten doen om de chroomoxide huid aan te tasten. Zo maakt molybdeen, vaak in combinatie met nikkel, het RVS beter bestand tegen o.a. putcorrosie en spleetcorrosie. Molybdeen zit bijvoorbeeld in RVS 316.
Dan is er nog stikstof. In theorie is dit de beste toevoeging om corrosiebestendigheid te verbeteren. Echter, u kunt er slechts een paar tiende van toevoegen. Voegt u teveel toe? Dan ontstaan er poriën en gasholtes in het roestvaste staal. In de praktijk wordt er dus nooit veel van dit element aan RVS toegevoegd. Daarom is de invloed dus minder groot dan de theorie aangeeft. Dit zit bijvoorbeeld in de RVS 304 LN en RVS 316 LN.
Titaan wordt vooral aan RVS toegevoegd om de lasbaarheid van het RVS intact te houden en een ‘titaan-gestabiliseerde-kwaliteit’ te creëren. Bij hoge temperaturen gaat chroom graag samen met koolstof om chroomcarbiden te vormen. Dit is een probleem, want het chroom is nu niet meer beschikbaar om de chroomoxide huid te vormen en het onderliggende ijzer te beschermen. Daarom ontstaat bij een lasnaad vaak corrosie. Met titaan wordt dat voorkomen. Titaan heeft namelijk een grotere affiniteit met koolstof dan chroom. Koolstof creëert dus eerder titaancarbiden en laat chroom met rust. Hierdoor blijft het chroom beschikbaar om de chroomoxide huid te vormen. Titaan zit bijvoorbeeld in RVS 316Ti.
Silicium is een element dat sowieso in staal aanwezig is om de sterkte te verhogen. In RVS heeft het daarnaast ook een positieve invloed op de hittevastheid van de oxidehuid. Op zeer hoge temperaturen wil de oxidehuid dikker worden. Die dikke oxiden kunnen afbrokkelen door het uitzetten en krimpen van het RVS tijdens temperatuurwisselingen (bij gebruik). Hierdoor presteert de oxidehuid minder goed. Silicium voorkomt dat de oxiden dikker worden en dat heeft een positieve invloed op de hittevastheid van de oxidehuid. Het RVS zal bij hoge temperaturen overigens wel verkleuren, maar dat is vooral een esthetische bijwerking. In bijvoorbeeld RVS 314 zit een hogere concentratie silicium.
Zwavel is feitelijk geen legeringselement, maar een verontreiniging in het RVS. Zeker bij lassen. Het gaat een verbinding aan met nikkel en dat creëert deeltjes die het RVS scheurgevoeliger maken. Zwavel kan echter ook als nuttig element worden gezien, namelijk wanneer u RVS wil verspanen. Zwavel en mangaan vormen samen mangaansulfiden. Dit zijn zogenaamde ‘spaanbrekers’ die ervoor zorgen dat de spanen kort afbreken. Het verhoogt daarmee de verspaanbaarheid.
Ook mangaan is feitelijk geen legeringselement, maar een standaard onderdeel van staal. Het werd rond 2005 populair als goedkopere vervanging van nikkel in chroom-nikkelstalen (de AISI 300 serie). Nikkel kan ferritisch staal omzetten in austenitisch staal. Hierdoor wordt het staal beter vervormbaar. Nikkel is echter relatief duur. Mangaan heeft dezelfde functie als nikkel én was stukken goedkoper. Zo ontstond de AISI 200 serie van RVS. Maar al snel werd duidelijk dat één noemenswaardig verschil het element de das om zou doen: corrosiebestendigheid. De corrosiebestendigheid van de AISI 200 serie kon niet tippen aan die van de AISI 300 serie (de RVS serie met nikkel). En laat corrosiebestendigheid nou net de belangrijkste eigenschap van RVS zijn… Wordt mangaan dan helemaal niet meer gebruikt in RVS? Jawel, maar alleen nog maar voor het volgende.
• Samen met zwavel vormt het mangaansulfiden, die als spaanbrekers een gunstig effect hebben op de verspaanbaarheid.
• Het neutraliseert de nadelige effecten van zwavel bij lasprocessen. Ofwel, het verlaagt de warmscheurgevoeligheid.
In deze blog hebben we de hoofdelementen en veelvoorkomende legeringselementen van RVS besproken. De lijst is niet uitputtend, maar geeft een goed beeld. Houd er rekening mee dat we hebben geprobeerd alles zo eenvoudig mogelijk te formuleren. Hierdoor kan enige nuance verloren zijn gegaan.
Wilt u RVS bestellen? Bij ons bestelt u RVS platen, buizen, kokers en profielen. Deze kunnen we voor u lasersnijden, kanten en van randafwerking voorzien.
Heeft u nog vragen over dit onderwerp? Neem dan gerust contact met ons op.