Šta je inox: pasivni sloj, legure i površine

Riječju „inox“ nazivamo i sudoperu u kuhinji, i ogradu na terasi, i traku na ulaznim vratima. U stvari, riječ je o čitavoj porodici čelika različitog sastava, različite cijene i vrlo različitog ponašanja kada je vazduh okolo slan.

Ovaj članak je posvećen inoksu kao materijalu: šta ga čini nerđajućim, zašto sve zavisi od sloja debelog svega nekoliko nanometara, kako se čita oznaka i šta se dešava sa metalom kada ga režete, savijate, zavarujete i čistite. Ako poredite 304 i 316 kao lice dekorativnog panela, to je obrađeno u bond i inox panelima. Ovdje silazimo jedan nivo niže — u metalurgiju.

Riječ je francuska i predstavlja obećanje

„Inox“ dolazi od francuskog inoxydable — „neoksidirajući“; u bosanski jezik ulazi kroz trgovinu. Engleski stainless obećava skromnije: „ne prlja se“. Francuska riječ obećava više nego što metal može ispuniti.

I tu je prvi paradoks. Inox oksidira — trenutno, u trenutku kada dođe u kontakt sa vazduhom — i baš to ga spašava. Obećanje nije „ne reaguje sa kiseonikom“, već „reaguje toliko brzo i uredno da se sam zapečati“. Kao izraz, „inox“ je netačna riječ; kao mehanizam, opisuje pravu stvar sa obrnutim predznakom.

Istorija je kratka: Pierre Berthier je uočio otpornost gvožđe-hromovih legura na kiseline 1821. godine, a 1913. Britanac Harry Brearley otkriva da njegov uzorak sa visokim sadržajem hroma jednostavno ne rđa.

Definicija je broj: 10,5% hroma

„Nerđajući“ nije opisni pojam, već definicija sa konkretnom vrijednošću. Prema standardu EN 10088-1, čelik je nerđajući kada sadrži minimalno 10,5% hroma po masi i maksimalno 1,2% ugljika. Ispod ovog praga oksidni film na površini je isprekidan i porozan — postoji na nekim mjestima, na drugima ne, a korozija prolazi kroz rupe. Iznad praga film postaje kontinuiran.

Zato 10,5% nije okrugao broj iz kataloga, već granica ponašanja. U praksi, najrasprostranjenije marke počinju znatno iznad ovog minimuma — kod 16–18% hroma.

Pasivni sloj: nekoliko nanometara koji odlučuju sve

Kada hrom u čeliku dođe u kontakt sa kiseonikom, formira hromov oksid — gust, čvrsto vezan i hemijski stabilan film debljine 1–3 nanometra (Outokumpu navodi 1–3 nm, ISSF — 2–3 nm). Za poređenje: list papira od 0,1 mm je oko 40.000 puta deblji. Film je proziran, ne vidi se niti se opipava — sjaj koji nazivamo „inox“ dolazi od metala ispod njega. Mehanizam je detaljno opisan od strane Britanskog udruženja za nerđajući čelik.

Razlika u odnosu na boju je suštinska. Boja je sloj nanesen odozgo: ogrebete li je, rupa ostaje rupa i odatle počinje rđa. Pasivni sloj materijal sam proizvodi — ogrebete li ga, hrom na tek otkrivenoj površini reaguje sa kiseonikom iz okoline i film se ponovo zatvara. Ovo je jedini „premaz“ koji se sam popravlja.

Uslov je ipak jedan i suštinski: mora postojati kiseonik. Samoobnavljanje je hemijska reakcija kojoj je potreban reagens. Inox koji stoji pod naslagama, pod zaptivkom ili u stajaćoj vodi bez pristupa vazduhu gubi sposobnost da se sam „liječi“ baš tamo gdje mu je to najpotrebnije.

Šta razara pasivni sloj

Praktično svi problemi sa inoksom su problemi ovog filma. Četiri mehanizma objašnjavaju gotovo sve što može poći po zlu:

• Hloridi. Hloridni jon je mali i agresivan i probija film tačkasto, a ne ravnomjerno. Rezultat je tačkasta korozija (pitting) — tamna jamica koja raste prema unutra, dok površina okolo izgleda uredno. Izvori su poznati: morska so u vazduhu, zimska so na kolovozu, hlorisana voda u bazenu, hlorna sredstva za čišćenje kupatila.
• Nedostatak kiseonika. Ispod naslage, ispod podloške, iza zaptivke vlaga stoji, kiseonika ima malo i film se ne može obnoviti. Ovo je korozija u procjepu (crevice corrosion) — razlog zašto inox često popušta baš tamo gdje izgleda najzaštićenije.
• Kontaminacija običnim čelikom. Mikroskopske čestice običnog gvožđa, ostavljene žičanom četkom, brusnom pločom ili običnim radnim stolom, same zarđaju i pokreću lokalni napad. Mrlja se pojavljuje danima kasnije, a krivica se obično pripisuje „lošem inoxu“.
• Termička boja nakon zavarivanja. Plavičasto-smeđe nijanse oko šava predstavljaju oksidnu koru ispod koje je čelik osiromašen hromom — ako se ne ukloni, to postaje slaba tačka proizvoda.

Četiri porodice i zašto se razlikuju

Inox se dijeli na porodice prema kristalnoj strukturi, a ona zavisi od sastava. Porodica određuje magnetnost, savitljivost, zavarljivost i cijenu.

Austenitni (serija 300)

Najrasprostranjenija porodica — ovdje spadaju 1.4301 (304) i 1.4401 (316). Sadrže hrom i nikl; nikl stabilizuje austenitnu strukturu i daje joj karakteristična svojstva: odličnu plastičnost, odličnu zavarljivost i u žarenom stanju — praktičnu nemagnetnost. Prema EN 10088-2, za 1.4301 hladno valjana traka se deklariše sa Rp0,2 ≥ 230 MPa i Rm 540–750 MPa (toplo valjani lim — 210 i 520–720 MPa), uz izduženje ≥ 45%. Prema EN 10088-1, toplotna provodljivost pri 20 °C iznosi 15 W/(m·K), a srednji koeficijent toplotnog širenja — 16 × 10⁻⁶ 1/K za opseg 20–100 °C i 18 × 10⁻⁶ prema 500 °C. (Američki listovi za 304 obično navode 16 i 17,3 — otuda polovina zabune u specifikacijama.)

Naličje: snažno se učvršćuje hladnom obradom, a nikl je berzanska roba — zato lim od 304 poskupljuje i pojeftinjuje iz razloga koji nemaju veze s vašim projektom.

Feritni (serija 400)

Klasičan predstavnik je 1.4016 (430): 16–18% hroma, maksimalno 0,08% ugljika i bez nikla. Odsustvo nikla čini ovu marku jeftinijom i sa mnogo stabilnijom cijenom. Feritni inox je magnetičan, bolje provodi toplotu (≈25 W/(m·K)) i manje se širi (10,0–11,0 × 10⁻⁶ 1/K) — prednost kod zavarivanja, jer se manje deformiše. Mehanički: Rp0,2 240–260 MPa, Rm 430–600 MPa (kod debljeg lima 430–630), ali izduženje samo 18–20%.

Nisko izduženje predstavlja ograničenje: 430 se dobro savija, ali ne podnosi duboko izvlačenje. Važnije je pitanje korozije — 1.4016 je namijenjen za enterijer i blago agresivnu sredinu: bijelu tehniku, kuhinjske aparate, dekorativne detalje, dimovodne cijevi. Blizu mora razlika se vidi već prve godine.

Martenzitni

Ovdje spadaju 1.4021 (X20Cr13, AISI 420) sa 12–14% hroma i 0,16–0,25% ugljika i marka sa više ugljika 1.4028 (X30Cr13, 0,26–0,35% C). Visok sadržaj ugljika omogućava kaljenje. EN 10088 ne propisuje tvrdoću, već stanja (+QT) u MPa; prema podacima proizvođača, 1.4021 dostiže oko 46–50 HRC, a 1.4028 — 50–54 HRC. Odatle i primjene: noževi, hirurški instrumenti, vratila, dijelovi pumpi i ventila.

Cijena tvrdoće je otpornost na koroziju: manje hroma i više ugljika znače slabiji pasivni sloj — zato kuhinjski nož zarđa ako ostane mokar u sudoperi, dok sudopera oko njega ne.

Dupleks

Dupleks je smjesa austenita i ferita u približno jednakim udjelima. Prema EN 10088, marka 1.4462 sadrži 21–23% hroma, 4,5–6,5% nikla, 2,5–3,5% molibdena i 0,10–0,22% azota. Ovdje postoji zamka koja košta: američka oznaka UNS S32205 sužava iste granice na 22–23% Cr, 3,0–3,5% Mo i 0,14–0,20% N, tako da lim certificiran prema 1.4462 automatski ne pokriva S32205. Rezultat je otprilike dvostruko viša granica razvlačenja u odnosu na 316, uz manje nikla i vrlo visoku otpornost na hloride — hemijska industrija, morske konstrukcije, rezervoari, mostovi. Nije „bolji inox“ za sve namjene: teže se oblikuje i zahtijeva stroži nadzor pri zavarivanju.

Magnet nije test za marku

Najrasprostranjeniji mit iz radionica: „ako magnet lijepi, nije pravi inox“. Žareni austenitni inox je zaista praktično nemagnetičan, ali nakon hladne obrade dio austenita se pretvara u martenzit i materijal postaje slabo magnetičan — na rezanim ivicama, u duboko izvučenim uglovima, oko probušenih otvora. Feritne i martenzitne marke su pak magnetične po definiciji i uprkos tome potpuno su legitiman inox. I najvažnije: magnet ne razlikuje 304 od 316, jer je razlika u molibdenu.

Kako se čita oznaka

U jednoj specifikaciji susrešćete dva sistema i dobro je da ih u glavi „prevodite“:

EN broj	EN naziv	AISI	Šta znači
1.4301	X5CrNi18-10	304	Osnovni austenitni: ~18% Cr, ~8% Ni
1.4307	X2CrNi18-9	304L	Isti, sa niskim sadržajem ugljika
1.4401	X5CrNiMo17-12-2	316	Sa molibdenom za otpornost na hloride
1.4404	X2CrNiMo17-12-2	316L	316 sa niskim sadržajem ugljika
1.4016	X6Cr17	430	Feritni, samo hrom, bez nikla
1.4462	X2CrNiMoN22-5-3	2205	Dupleks

Evropski broj (1.43xx, 1.44xx) je ono što ulazi u sertifikat i fakturu; američka oznaka (304, 316, 430) je ono što se koristi u radionici. Ako u dokumentu piše 1.4301, kupili ste 304 — bez obzira šta je usmeno rečeno.

Naziv prema EN se čita doslovno: X označava visokolegirani čelik, broj koji slijedi je udio ugljika pomnožen sa 100, a zatim slijede legirajući elementi i njihovi procenti. X5CrNi18-10 = 0,05% ugljika, 18% hroma, 10% nikla.

Šta znači „L“

L dolazi od low carbon i nije kozmetički dodatak. Standardne marke dozvoljavaju oko 0,07–0,08% ugljika; L-marke ga ograničavaju na maksimalno 0,030%. Razlog je zavarivanje: pri zadržavanju otprilike u rasponu 425–850 °C — jedinstvene granice nema, BSSA navodi 370–815 °C, Outokumpu 550–850 °C — ugljik migrira ka granicama zrna i vezuje se sa hromom u hromove karbide. Taj hrom više ne učestvuje u pasivnom sloju i uz granice zrna ostaje zona osiromašena hromom. Ova pojava se naziva senzibilizacija, a posljedica je interkristalna korozija — „razjedanje šava“.

316L rješava problem u korijenu: ispod 0,030% ugljika nema dovoljno materijala za formiranje karbida i šav ostaje otporan bez dodatne termičke obrade. Zato je za sve što se zavaruje — rezervoare, ograde, cjevovode, okvire — L-marka razuman izbor, a ne skuplji hir.

PREN: broj koji se može porediti

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) stavlja dvije marke na istu skalu:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Formula vrednuje tri elementa koji stvarno djeluju protiv tačkaste korozije: hrom ulazi sa koeficijentom 1, molibden — sa 3,3, azot — sa 16. Uvrstite sastav marki i vidjet ćete zašto je dupleks u drugoj kategoriji, a 430 nije kandidat za morsku sredinu. Za vlasnika kuće na pola kilometra od plaže sva ova matematika svodi se na jednu rečenicu: pitajte za 316, a ne samo za „inox“.

Važno je i šta PREN nije. Nije vijek trajanja i ne uzima u obzir ni površinu, ni procjepe, ni temperaturu, ni zavarivanje. PREN poredi marke, ne gotove proizvode.

Površine prema EN 10088-2

Površina je posebna specifikacija sa kodom: cifra za valjanje (1 — toplo, 2 — hladno) plus slovo za obradu.

Četiri od njih pokrivaju gotovo sve. 2B je standardna hladno valjana površina — blago mat i najrasprostranjenija. 2R (BA, bright annealed) je svijetlo žarena: vrlo glatka i sjajna, iako nije polirana. 2J je četkana — poznati „brušeni inox“, US No. 4, sa vidljivim pravcem brušenja. 2P je ogledalsko poliranje, US No. 8. EN kodovi nisu formalni ekvivalenti američkim oznakama — poređenje je približno.

Površina nije samo pitanje izgleda. Što je hrapavija, to bolje zadržava so, prašinu i vlagu i time se lakše javlja čajno prebojavanje (tea staining) — smećkasti nalet koji je kozmetički problem, ali kvari cjelokupan izgled. Australijsko udruženje za nerđajući čelik ga opisuje kao tipičan problem u zoni do oko 5 km od plaže sa talasima i do 1 km od mirne morske vode, te preporučuje glatkije površine poput 2B i BA umjesto četkane No. 4; u nepovoljnijim uslovima — vjetar, zagađen vazduh, zaklonjena lokacija — prebojavanje se javlja i na 20 km od obale. Isti izvor smatra 316 minimumom u zoni od pet kilometara. Za morske i eksterijerske arhitektonske primjene standard nudi i stroži kod 2K — satensko poliranje sa dodatnim zahtjevom za hrapavost ispod 0,5 µm poprečno na pravac brušenja.

Odatle proizlaze dvije posljedice. „Četkani inox“ nije specifikacija — dvije četkane površine sa različitim abrazivom ponašaju se različito, zato tražite kod i, kod zahtjevnijih projekata, vrijednost Ra. A pravac brušenja je dio narudžbe: dva panela sa brušenjem u različitim pravcima izgledaju kao različiti materijali pri bočnom svjetlu.

Oblikovanje, rezanje, zavarivanje

Oblikovanje. Austenitni inox se snažno učvršćuje hladnom obradom: što ga više deformišete, to postaje tvrđi — veća sila prese, veći efekat opružanja i ponekad međufazno žarenje. Feritni 1.4016 se dobro savija, ali sa izduženjem od 18–20% nije materijal za duboko izvlačenje.

Rezanje. Laser je brz i precizan, ali reže toplotom: prema podacima prerađivača, kod lima 316L debljine 10 mm oko reza ostaje toplotom zahvaćena zona reda veličine 0,3 do 1 mm. Brojka snažno zavisi od režima rada i nije standardizovana — shvatite je kao okvirnu vrijednost, ne garanciju. Vodeni mlaz reže hladno — abraziv i voda, bez toplotom zahvaćene zone — i zato se preferira kada ivica ostaje izložena u agresivnoj sredini. Probijanje i makaze odlično funkcionišu kod tanjih limova, ukoliko je alat oštar: tup alat „razmazuje“ ivicu i ostavlja mikropukotine.

Zavarivanje. TIG i MIG sa odgovarajućim dodatnim materijalom i zaštitom korijena argonom, kako se ne bi oksidirala poleđina šava. Nakon zavarivanja termička boja se obavezno uklanja — nagrizanjem, četkom od nerđajućeg čelika ili elektrohemijski. Austenitni inox se širi oko 16 × 10⁻⁶ 1/K, a prema 500 °C — 18 × 10⁻⁶, pa se zavarene konstrukcije zatežu i deformišu više nego što bi očekivao neko naviknut na crni čelik. Sažeta tabela materijala i metoda dostupna je u tehničkim parametrima materijala.

Zlatno pravilo: ništa od crnog čelika

Ovo je pravilo koje razlikuje radionicu koja stvarno radi sa inoksom od one koja ga je samo isprobala jednom. Alati za inox se ne koriste za crni čelik i obrnuto.

• Žičane četke — samo od nerđajućeg čelika (kod zahtjevnijih zadataka od 316L) ili abrazivni jastučići od netkanog materijala.
• Posebni diskovi, turpije, stalci i radni stolovi.
• Bez čeličnih traka za pakovanje i bez skladištenja na zarđalim rešetkama.
• Iskre od rezanja crnog čelika u blizini takođe zagađuju — riječ je o česticama vrelog gvožđa koje se zabijaju u površinu.

Podmuklo je što se javlja sa zakašnjenjem: površina izgleda čisto u radionici, a zarđale tačke pojavljuju se nakon prve kiše — na već montiranom objektu.

Nagrizanje i pasiviranje: dvije različite stvari

Nagrizanje (pickling) je kiselinska obrada — obično azotnom i fluorovodoničnom kiselinom — kojom se skida tanak sloj metala zajedno sa okalinom, oksidima, ugrađenim česticama gvožđa i termičkom bojom. To čisti.

Pasiviranje je naknadna obrada azotnom ili limunskom kiselinom koja uklanja slobodno gvožđe i pomaže formiranju ravnomjernog pasivnog sloja. To obnavlja zaštitu. Postupci su opisani u ASTM A380 (čišćenje, deoksidacija, nagrizanje i pasiviranje) i ASTM A967 (hemijsko pasiviranje); u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji limunska kiselina sve više potiskuje azotnu.

Redoslijed je bitan: pasiviranje ne rješava problem termičke boje ili okaline — prvo se nagriza. I ono ne „dodaje“ premaz, već raščišćava put materijalu da učini svoje.

Održavanje: „nerđajući“ ne znači „bez brige“

Inox ne treba farbanje, ali treba pranje. Pasivni sloj se izbori sa svime, sve dok so i prljavština ne ostanu predugo na njemu.

• Kiša je besplatno održavanje. Korozija se prvo pojavljuje ispod nadstrešnica, u nišama vrata, na donjoj strani kvaka i profila — tamo gdje kiša ne dopire, a so dopire.
• Voda i blago neutralno sredstvo za čišćenje, ispiranje, brisanje u pravcu brušenja.
• Nikada hlorna sredstva i hlorovodonična kiselina. Izbjeljivači i sredstva za čišćenje fuga najčešći su uzrok mrlja na inoxu u kućnim uslovima.
• Učestalost prati sredinu: enterijer — rijetko; gradska sredina — povremeno; morska obala i zimom posoljene ulice — znatno češće.

Kada je element dio vrata ili fasade, montaža i održavanje idu zajedno — šta spada u jedno, a šta ostaje na vlasniku, opisano je u uslugama.

Gdje se koristi inox

• Prehrambena i farmaceutska industrija. Nema premaza koji bi se ljuštio u proizvod, površina se pere agresivnim sredstvima i na visokim temperaturama, a glatke površine (2B, BA) ne zadržavaju ostatke. Šavovi se brušenjem i pasiviranjem obrađuju upravo kako ne bi bilo procjepa.
• Morska sredina i arhitektura. 316 i dupleks za offshore konstrukcije; fasadne obloge, ograde i krovovi koji traju decenijama bez ponovnog farbanja.
• Kuhinje, bijela tehnika i medicina. Sudopere i radne ploče od 304; bubnjevi i unutrašnji paneli često od 430, jer je sredina kontrolisana; martenzitne marke za rezne instrumente.
• Građevinarstvo i stolarija. Pričvrsni elementi, ankeri, oplate i dekorativna lica — uključujući umetke i trake na ulaznim vratima.

Česte zablude

1. „Inox ne rđa.“ Rđa — kod hlorida, u procjepima i pri kontaminaciji gvožđem. Samo ne na isti način kao crni čelik.
2. „Skuplja marka je uvijek bolja.“ 316 u suvom enterijeru je potrošen resurs bez efekta; 430 na morskoj obali je greška.
3. „Ogrebotina uništava inox.“ Pasivni sloj se obnavlja; problem je kozmetički, posebno uočljiv poprečno na pravac brušenja.
4. Miješanje marki u jednom sklopu. Lice od 316 sa pričvrsnim elementima niže marke svodi proizvod na nivo slabijeg elementa — baš u procjepima.

Kako se čita specifikacija za inox

1. Marka prema EN broju (1.4301, 1.4401, 1.4404…), ne samo AISI i ne samo „inox“.
2. Nivo ugljika — L ili standardna marka, ako se proizvod zavaruje.
3. Debljina i tolerancija.
4. Kod površine prema EN 10088-2 (2B, 2R/BA, 2J, 2P) i pravac brušenja kod četkanih izvedbi.
5. Zaštitna folija — postoji li, koliko dugo ostaje, izdržava li sunce.
6. Način rezanja i obrada ivice.
7. Obrada nakon zavarivanja — nagrizanje i/ili pasiviranje.
8. Inspekcijski sertifikat 3.1 prema EN 10204 — tražite ga izričito: od izdanja EN 10088-2 iz 2014. godine, podrazumijevani dokument je protokol 2.2.

Ukratko. Inox je čelik sa najmanje 10,5% hroma, koji sam formira zaštitni sloj hromovog oksida debljine 1–3 nanometra i sam ga popravlja — sve dok ima kiseonika. Ostalo su posljedice: hloridi tačkasto probijaju film, nedostatak kiseonika ispod naslaga i zaptivki je drugi uzrok korozije, a čestice crnog čelika — treći. Porodica određuje magnetnost, oblikovanje i cijenu; PREN daje uporedivu skalu; kod prema EN 10088-2 opisuje površinu koja utiče i na izgled i na koroziju.

Za izbor marke i površine kod dekorativnog panela pogledajte bond i inox panele, a za lične materijale — materijale. Gotovi modeli su u katalogu; kada kombinacija marke, površine i umetaka treba da bude nestandardna, paneli se izrađuju po mjeri od strane bugarskog proizvođača — pogledajte izradu po projektu ili često postavljana pitanja.