Teräksen koostumus ja ominaisuudet - uppoudu seosaineiden saloihin
Valitessasi itsellesi sopivinta veistä tai puukkoa, kannattaa kiinnittää huomiota myös terän valmistamiseen käytettyyn teräkseen. Seostamalla (puukko)teräksille saadaan aikaan erilaisia ominaisuuksia, kuten kovuutta ja sitä myöten myös purevuutta ja kulutuskestävyyttä. Tietysti työstö ja käsittely ratkaisevat lopputuloksen, mutta laadun takeeksi tarvitaan aina laadukas raaka-aine.
Tässä oppaassa käymme läpi yleisimpiä teräksen seostukseen käytettyjä ainesosia ja niiden vaikutuksia veitsenkäyttäjän näkövinkkelistä.
Hiiliteräs vs. ruostumaton teräs (rosteri)
Karkeasti ottaen teräkset siis jaetaan ruostuviin hiiliteräksiin, seosteräksiin sekä ruostumattomiin teräksiin. Jälkimmäinen johtaa toki nimityksenä sikäli harhaan, että myös ruostumaton teräs ruostuu. Ruostumattomasta teräksestä käytetään usein nimitystä rosteri. Ruostumattomuuden määritelmä täyttyy, mikäli valmiin terässeoksen kromipitoisuus on vähintään 13 %. Muillakin seosaineilla on korroosionkesto-ominaisuuksia parantavia vaikutuksia, mutta oleellisin on kromi. Korkeahiilisiin ruostumattomiin teräksiin tarvitaan kromia reilummin kuin matalahiilisiin. Luonnollisesti ruostumaton teräs vastustaa usein tehokkaasti korroosiota. Lisäksi se on usein varsin kovaa. Rosteriterä pysyy pitkään terässä ja kestää kulutusta. Ruostumattomien terästen miinuspuolena on se, että kovien rosteriterien teroittaminen voi toisinaan olla jo melko haasteellista. Toisinaan kovat terät ovat lisäksi alttiita murtumiselle. Työstön kannalta olennaista on myös se, ettei ruostumaton teräs karkene hiiliteräksen veroisesti.
Myös hiiliteräs on kovaa ja kovuus vain kasvaa hiilipitoisuuden noustesssa, ainakin tiettyyn rajaan saakka. Kun terä karkaistaan, siirtyy hiili raudan rakenteeseen ja tekee terästä kovemman. Kun hiilipitoisuus ylittää 0.85 %, eivät kaikki karbidit enää siirrykään rautaan.
Hiiliteräs kykenee tarjoamaan veitsenterälle purevuuden lisäksi pitkän kulutuskestävyyden. Hiiliterästerä myös pysyy terävänä pitkään ja on usein helpohko teroittaa. Hiiliteräspuukko vaatii kuitenkin hoitoa. Terän käytön jälkeinen puhdistus ja kuivaus on avainasemassa. Silloin tällöin hiiliterästerään kannattaa myös sipaista öljykerros terää suojaamaan. Hutiloiden hiiliterästerän voi saada pilattua nopeastikin. Toisaalta hyvin pidettynä se on parhaassa tapauksessa yhtä pitkäikäinen kuin rosteristakin valmistettu puukonterä.
Hiilipitoisuuden perusteella eri teräslaadut voidaan jakaa kolmeen kategoriaan. Matalahiilisen teräkset sisältävät hiiltä alle 0.25 %, keskihiiliset 0.25–0.6 % ja runsashiiliset yli 0.6 %.
Seosteräksi taas kutsutaan joko yhdellä tai useammalla seosaineella jatkettua terästä. Seosteräksiä ovat esimerkiksi hopeateräkset, kuulalaakeriteräkset ja pika-ja työkaluteräkset. Eri seosaineet muodostavat yhdessä hiilen kanssa kovia karbideja (esim. vanadiini, molybdeeni ja volframi). Vanadiinikarbidin HRC-arvo esimerkiksi voi olla n. 85.
Yhdistelmäteräs ja damastiteräs
Joskus puukoissa ja veitsissä törmää myös nk. yhdistelmäteräkseen. Tällä tarkoitetaan useamman teräskerroksen muodostamaa kokonaisuutta; esim. keskellä kovempaa terästä, sekä reunoilla sitkeämpää tavaraa ehkäisemässä murtumia.
Damastiterä puolestaan on muinaisella damascus-menetelmällä (damaskitekniikalla) valmistettu terä, jossa eri teräslaatuja taotaan tai hitsataan useiksi päällekkäisiksi kerroksiksi. Kerroksi voi olla jopa pari sataa. Damaskoinnilla saadaan aikaan paitsi käyttöominaisuuksiltaan laadukkaita, myös erittäin näyttäviä veitsenteriä.
Damastiteräksen (damascusteräs) nimi juontaa juurensa syyrialaisesta Damaskoksen kaupungista. Siellä taottiin myös alkuperäiset damaskusteräksestä valmsitetut miekat ja terät. Tekniikan kerrotaan olleen pitkään tarkkaan varjeltu salaisuus. 1970-luvulla uteliaat asesepät onnistuivat kuitenkin selvittään vaietut salat, ja samalla sai alkunsa nykyaikaisten damaskiveitsien tuotanto.
Teräksen valmistus
Nykyaikana teräksen valmistukseen käytetään raaka- ja romurautaa. Raakarauta sulatetaan valtavissa masuuneissa ja jatkojalostetaan edelleen. Romurautaa käytettäessä hyödynnetään valokaariuuneja. Prosessien loppuvaiheessa teräksestä vähennetään epäpuhtauksia, mutta myös säädellään jäljelle jäävän hiilen määrää.
Yksikään teräs ei kuitenkaan koostu yksinomaan raudasta ja hiilestä. Teräksen seostukseen käytetyillä ainesosilla on kullakin tärkeä rooli toivotun lopputuloksen kannalta. Tässä osiossa käymme läpi eri seosaineiden vaikutuksia veitsenterän ominaisuuksiin, sekä selvennämme ominaisuuksien vaikutusta veitsenkäyttäjän kannalta.
Taustaksi: puukonterän ominaisuudet
HRC & kovuus
Terän kovuus ilmoitetaan useimmiten ns. Rockwell-kovuutena (HRC). HRC-mittauksessa materiaalin kovuus pystytään määrittelemään timantista (HRC 100) valmistetun mittakärjen avulla painamalla sitä voimalla terästä vasten.
Tavalliselle puukkosepälle kovuuden määrittelyyn riittää tavallinen viila (HRC 66). Koska kovempi materiaali naarmuttaa pehmeämpää, voidaan todeta, että mikäli viila ei tee teräkseen naarmuja, on se yhtä kovaa kuin viilakin. Menetelmä ei kuitenkaan ole täysin aukoton, vaan pikemminkin suuntaa antava.
Puukkoteräkset asettuvat useimmiten kovuushaarukkaan 54–62, mutta monien todella kovien terästen HRC-luku saattaa lähennellä jopa seitsemääkymmentä.
Kova terä pureutuu hyvin leikattavaan pintaan ja pysyy pitkään terässä. Lisäksi kova terä kestää kulutusta. Pelkästä kovuudesta ei kuitenkaan ole hyötyä, sillä kovuus saattaa tuoda mukanaan haurautta. Kova teräs ei siis ole itsessään lujaa. Kovuuden lisäksi sen on oltava sitkeää.
Sitkeys & lujuus
Sitkeä terä kestää luonnollisesti paremmin taipumista, eikä murru yhtä helposti, kuin hauras terä. Yleensä kovuuden kasvaessa sitkeysominaisuudet kärsivät, joskin nykymenetelmillä voidaan valmistaa erittäin kovia puukonteriä, jotka silti ovat myös todella sitkeitä, toisin sanoen lujia.
Kulumiskestävyys
Kovempi materiaali siis naarmuttaa pehmeämpää. Esimerkiksi luonnon omat äärettömän kovat mineraalit, kuten hiekanjyvät kykenevät naarmuttamaan kovintakin terästä. Mitä kovempaa teräs on, sitä hentoisempia naarmuja siihen muodostuu, ts. sitä paremmin se kestää kulutusta.
Esim. suomalaisissa puulajeissa (koivu, mänty, kuusi jne.) ei juurikaan esiinny kovia partikkeleita, joten pehmeämpikin puukonterä kykenee vuolemaan niitä sujuvasti.
Teroitettavuus
Mitä pehmeämpää teräs on, sitä helpompaa on myös teroitus. Hiiliteräspuukko on yleensä helpompi teroittaa kuin ruostumattomasta teräksestä valmistettu veitsi, vaikka hiiliteräkset voivat olla todella koviakin. Erittäin kovienkin materiaalien teroitus kuitenkin onnistuu, mikäli vain välineet ja osaaminen riittävät. Lue Lamnian Veitsen teroitus ei ole rakettitiedettä -oppaasta vinkit oikeaoppiseen teroittamiseen.
Korroosionkesto
Hiiliteräspuukolla on puolensa, mutta huonosti hoidettuna vaarana on nopeakin ruostuminen. Myös ruostumaton teräs voi ruostua, mutta korroosionsieto-ominaisuudet ovat moninkertaiset verrattuna hiiliteräkseen. Mikäli valmis terässeos sisältää 12 % kromia, luokitellaan teräs ruostumattomaksi. Olemassa on myös erittäin korkeahiilisiä, kromipitoisia teräksiä, joissa tavallaan yhdistyvät hiiliteräksen ja rosterin parhaimmat puolet.
HRC
Veitsen teräkovuus (HRC-arvo) määrittää osittain myös sen käyttötarkoituksen. Katso alla olevasta taulukosta minkälainen kovuus soveltuu mihinkin veitsityyppiin.
Suuntaa antava HRC-taulukko
Alle 52 HRC: liian pehmeää veitsenterän tekemiseen
52–54 HRC: melko pehmeää, mahdollistaa kuitenkin jo kohtuullisen laadun
54–56 HRC: kyllin kovaa esimerkiksi keittiöveitsiin. Teroitettavuusominaisuudet ovat mainiot, toisaalta pehmeähkö terä ei kestä purevana pitkään.
56–58 HRC: riittävän kovaa ja pitkään terässä pysyvää tavaraa käytettäväksi moniin Suomessa yleisiin käyttötarkoituksiin, kuten eräpuukot. Sopii jo ammattimaisiinkin keittiöveitsiin. Kovuuden myötä teroittamisesta tulee haastavampaa.
58–60 HRC: tämän luokan kovuus on usein käytössä laadukkaissa taskuveitsissä ja joissakin puukoissa, joilta vaaditaan pitkää terävyyttä. Teroittaminen muuttuu jälleen piirun verran haasteellisemmaksi.
60–62 HRC: tämän kovuusluokan terä pitää purevuutensa erinomaisesti, mutta teroittaminen alkaa olla jo todella vaikeaa. Myös mahdollinen hauraus astuu kuvaan näillä kovuusasteilla, joskin nykymenetelmillä suurikaan kovuus ei automaattisesti tarkoita alhaista sitkeyttä.
+62 (70) HRC: kiivetessä asteikossa ylöspäin, lisääntyy pikkuhiljaa myös hauraus, ja usein myös korroosionkesto-ominaisuudet heikkenevät. Äärimmäisen kovia teriä, jotka soveltuvat hienosti keräilijöille ja alan harrastajille tarkoitettuihin veitsiin, joiden pääasiallinen tarkoitus on komeilla vitriinissä, eikä loistaa kentällä.
Yleisimmät teräksen seosaineet
Hiili:
Hiilen merkitystä koko luonnon kiertokululle ei käy kiistäminen. Siellä missä esiintyy orgaanisia yhdisteitä, esiintyy aina myös hiiltä. Hiili on myös yksi terästen tärkeimmistä seosaineista. Suuri hiilipitoisuus parantaa teräksen kovuutta, toisaalta taas matalahiilisyys parantaa teräksen sitkeyttä.
Mangaani:
Kaikissa terässeoksissa on ainakin hitunen mangaania. Se lisää hiukan teräksen kulutuskestävyyttä, korroosionsietokykyä ja sitkeyttä, mutta sen pääasiallinen käyttötarkoitus on deoksidoida rikin aiheuttamia haittavaikutuksia. Kun mangaaniin lisätään kuparia tai nikkeliä, syntyy manganiinia; erittäin korroosionkestävää tavaraa.
Rikki:
Seosaineiden lisäksi teräksissä on aina pieniä määriä epäpuhtauksia, kuten rikkiä ja fosforia. Nämä puolestaan vähentävät teräksen sitkeyttä. Epäpuhtauksia voidaan poistaa metallisulasta kalkin avulla, mutta aina niitä jää hitunen jäljelle. Rikki ei kuitenkaan ole ongelma; mangaanin avulla rikin haittavaikutukset voidaan häivyttää, sillä mangaani sitoo rikin haitattomampaan olomuotoon.
Fosfori:
Haitta-aine, joka vähentää hiukan teräksen sitkeysominaisuuksia. Voidaan häivyttää metallisulasta kalkin avulla.
Molybdeeni:
Molybdeeni lisää teräksen kovuutta. Sen avulla on myös mahdollista valmistaa teriä, jotka kestävät esim. suolavettä. Haponkestävää seosta syntyy, kun molybdeenia lisätään ruostumattomaan teräkseen.
Pii:
Nykyajan teräksiin lisätty piiripaus ei juurikaan vaikuta teräksen ominaisuuksiin, mutta koska se vähentää metallisulan happipitoisuutta, se parantaa samalla teräksen työstöominaisuuksia. Varsinaisena seosaineena pii lisää teräksen päästökestävyyttä ja siirtää päästöhaurautta alkamaan korkeammissa lämpötiloissa. Tämä tieto on oleellinen siis pikemminkin sepän tai veitsenvalmistajan, kuin käyttäjän itsensä kannalta.
Kromi:
Kromin tärkein tehtävä on lisätä teräksen korroosionkestävyyttä. Se onkin pääasiallinen seosaine, kun valmistetaan ruostumatonta terästä. Reagoidessaan hapen kanssa, kromi muodostaa teräksen pinnalle suojaavan oksidikalvon. Ruostumattomissa teräksissä kromia on läsnä vähintään 12 %. Korroosionsieto-ominaisuuksien lisäksi kromi lisää teräksen tietyissä tapauksissa teräksen kovuutta
Nikkeli:
Tietyissä päästölämpötiloissa nikkeli lisää teräksen sitkeyttä. Parantaa hiukan teräksen lujuutta.
Koboltti:
Lisää teräksen kovuutta ja lujuutta. Vaikuttaa teräksen työstöön mahdollistamalla teräksen karkaisun korkeammissa lämpötiloissa. Tehostaa joidenkin muiden seosaineiden vaikutusta.
Niobium:
Parantaa teräksen lujuutta, sitkeyttä ja korroosionsieto-ominaisuuksia.
Volframi:
Mahdollistaa osaltaan entistä kovemman lopputuloksen. Parantaa teräksen sitkeyttä ja lujuutta.
Typpi:
Typpiseostetuissa teräksissä typpeä käytetään ”sijaistamaan hiiltä”. Parantaa teräksen kovuutta, kulumiskestävyyttä ja korroosionsieto-ominaisuuksia.
Vanadiini:
Vanadiinilla on teräksen rakeenkasvua ehkäisevä vaikutus. Parantaa teräksen lujuutta, sitkeyttä ja kulumiskestävyyttä.
Kupari:
Parantaa teräksen korroosionkestävyyttä.
Toivottavasti pikku oppaamme lisäsi tietouttasi puukkoteräksistä ja tekee juuri tarkoituksiisi sopivan puukon tai veitsen valitsemisesta jatkossa helpompaa. Mikäli haluat tutustua tarkemmin eri terästen ominaisuuksiin ja kemiallisiin koostumuksiin, lue Lamnian opas Veitsiteräkset esittelyssä.