Austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä on erinomaiset lujuusominaisuudet 500°C ja 1000 °C lämpötilojen välillä sekä yli 550°C menevissä lämpötiloissa austeniittiset ruostumattomat teräkset säilyttävät paremmin lujuutensa kuin hiiliteräkset. Hiiliteräslaatujen lujuusominaisuuksissa on sen sijaan merkittävä pudotus 500-700°C lämpötilavälillä. Tämä pudotus lujuudessa on luonnollinen syy siihen, miksi hiiliteräsrakenteet vaativat lisäksi sekä passiivisia että aktiivisia palonsuojamenetelmiä, kuten esimerkiksi erillistä pinnoitusta. Yli 800 °C lämpötiloissa austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä on suurin lujuus.
Palosuunnitteluun liittyvässä tutkimuksessa H. L. Groth, B. Ivarsson ja E. Schedin tutkivat ja vertailivat lujuusominaisuuksia kolmen ruostumattoman teräksen (duplex EN 1.4462, austeniittinen EN 1.4301 ja ferriittinen 1.4003) ja yhden hiiliteräslaadun (S235JRG) välillä. Tutkimuksen tavoitteena oli saada lisätietoa lujuusominaisuuksista tulipalotilanteissa, jota voidaan jatkossa hyödyntää palonkestoa vaativien rakenteiden suunnittelun tukena. Eri terästen lujuusominaisuuksia testattiin puristuksissa olevina palkkeina korkeissa lämpötiloissa simuloiden tulipaloa. Palkkien kestävyyttä tulipalossa arvioitiin sen pohjalta, miten pitkän aikavälin minuuteissa eri teräslaatuiset palkit kestivät kasvavalla kuormalla ennen niiden pettämistä. (Critical time in standard fire)
Duplex on ylivertainen valinta
Erityisen mielenkiintoinen tulos oli duplex 1.4462:n huomattavasti parempi vahvuus verrattuna sekä hiiliteräkseen että kahteen muuhun testattuun ruostumattomaan teräslaatuun. Duplex 1.4462 kesti viisinkertaisen ajan tulipaloa kuin testattu hiiliteräslaatu S235JRG. Tutkimuksen pohjalta voidaan esittää, että rakenteissa, joiden tulee kestää tulipalossa 30 minuuttia enne romahtamista duplex-teräs voi olla ylivertainen valinta. Toiseksi parhaiten tulipalossa kestänyt laatu oli austeniittinen 1.4301 ja kolmanneksi paras oli ferriittinen 1.4003. Kaikki testatut austeniittiset ja ferriittiset palkit kestivät tulta vähintään 15 minuutin ajan. Hiiliteräspalkki pysyi kasassa ainoastaan 10 minuutin pituisen ajanjakson.
Tutkimusryhmä kiteytti tulokset kolmeen pääkohtaan, joita voidaan hyödyntää sellaisten rakenteiden suunnitteluun, joissa ei käytetä lisäsuojausta riittävän palonkeston saavuttamiseksi:
- Duplex terästen lujuutta voidaan hyödyntää tulipalossa.
- Duplex ja austeniittinen teräslaatu ovat ylivertaisia materiaaleja ja ferriitinen ruostumaton teräs 1.4003 on myös huomattavasti parempi palonkestoltaan kuin hiiliteräs.
- Ruostumattomia teräksiä voidaan suositella palonkestäviin ja kantaviin rakenteisiin, joihin ei tehdä erillistä pinnoitusta riittävien palonkesto-ominaisuuksien saavuttamiseksi.
Lähteet:
AUSTENITIC AND DUPLEX STAINLESS STEELS IN FIRE H. L. Groth, B. Ivarsson and E. Schedin Outokumpu Stainless AB, Avesta Research Centre, Avesta, Sweden (2012)
DESIGN MANUAL FOR STRUCTURAL STAINLESS STEEL 4TH EDITION, SCI Publication (2017)