Što je inox: pasivni sloj, marke i površine

Riječju „inox" nazivamo i sudoper u kuhinji, i ogradu terase, i traku na ulaznim vratima. Zapravo je riječ o čitavoj obitelji čelika različitog sastava, različite cijene i vrlo različitog ponašanja kada je zrak oko njih slan.

Ovaj članak govori o inoxu kao materijalu: što ga čini nehrđajućim, zašto sve ovisi o sloju debljine nekoliko nanometara, kako se čita oznaka i što se događa s metalom kad ga režete, savijate, zavarujete i čistite. Ako uspoređujete 304 i 316 kao lice dekorativnog panela, to je obrađeno u bond i inox panelima. Ovdje silazimo jednu razinu dublje — u metalurgiju.

Riječ je francuska i obećanje je

„Inox" dolazi od francuskog inoxydable — „neoksidirajući"; u hrvatski jezik ušla je kroz trgovinu. Engleski stainless obećava skromnije: „ne mrlja se". Francuska riječ obećava više nego što metal može ispuniti.

I tu je prvi paradoks. Inox se oksidira — trenutno, u trenutku kad dotakne zrak — i upravo to ga spašava. Obećanje nije „ne reagira s kisikom", nego „reagira tako brzo i uredno da se sam zapečati". Kao riječ, „inox" je netočan pojam; kao mehanizam, opisuje pravu stvar sa suprotnim predznakom.

Povijest je kratka: Pierre Berthier je 1821. godine primijetio otpornost željezo-kromovih legura na kiseline, a 1913. Britanac Harry Brearley otkrio je da njegov uzorak s visokim udjelom kroma jednostavno ne hrđa.

Definicija je broj: 10,5% kroma

„Nehrđajući" nije opisni pojam, nego definicija s vrijednošću. Prema EN 10088-1, čelik je nehrđajući kada sadrži minimalno 10,5% kroma po masi i maksimalno 1,2% ugljika. Ispod tog praga oksidni film na površini je isprekidan i porozan — na nekim mjestima postoji, na drugima ne, a korozija prolazi kroz rupe. Iznad praga film postaje kontinuiran.

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

Pasivni sloj: nekoliko nanometara koji odlučuju sve

Kada krom u čeliku dođe u dodir s kisikom, stvara kromov oksid — gust, čvrsto vezan i kemijski stabilan film debljine 1–3 nanometra (Outokumpu navodi 1–3 nm, ISSF — 2–3 nm). Za usporedbu: list papira debljine 0,1 mm je oko 40.000 puta deblji. Film je proziran, ne vidi se niti pipa — sjaj koji nazivamo „inox" dolazi od metala ispod njega. Mehanizam je detaljno opisan u izvještaju Britanske asocijacije za nehrđajući čelik.

Razlika s bojom je principijelna. Boja je sloj nanesen odozgo: ogrebete li je, rupa ostaje rupa i odatle počinje hrđa. Pasivni sloj materijal proizvodi sam od sebe — ogrebete li ga, krom na svježe otkrivenoj površini reagira s kisikom u okolini i film se ponovno zatvara. To je jedina „prevlaka" koja se sama popravlja.

Uvjet je, međutim, jedan i bitan: mora biti prisutan kisik. Samoobnavljanje je kemijska reakcija kojoj treba reagens. Inox koji stoji ispod naslaga, pod brtvom ili u stajaćoj vodi bez pristupa zraku gubi sposobnost samoizlječenja upravo tamo gdje mu je najpotrebnija.

Što uništava pasivni sloj

Praktički svi problemi s inoxom su problemi ovog filma. Četiri mehanizma objašnjavaju gotovo sve što može poći po zlu:

• Kloridi. Kloridni ion je malen i agresivan te probija film točkasto, a ne ravnomjerno. Rezultat je točkasta korozija (pitting) — tamna jamica koja raste prema unutra, dok okolna površina izgleda uredno. Izvori su poznati: morska sol u zraku, zimska sol na kolniku, klorirana voda u bazenu, klorni preparati za kupaonicu.
• Nedostatak kisika. Ispod naslaga, ispod podloške, iza brtve vlaga ostaje, kisika je malo i film se ne može obnoviti. To je pukotinska korozija (crevice corrosion) — razlog zašto inox često popušta upravo tamo gdje izgleda najzaštićenije.
• Kontaminacija ugljičnim čelikom. Mikroskopske čestice običnog željeza, ostavljene žičanom četkom, brusnom pločom ili običnim radnim stolom, same zahrđaju i pokreću lokalni napad. Mrlja se pojavljuje danima kasnije, a krivnja se obično pripisuje „lošem inoxu".
• Toplinska obojenost nakon zavarivanja. Plavo-smeđe nijanse oko šava su oksidni sloj, ispod kojeg je čelik osiromašen kromom — ako se ne ukloni, to je slaba točka proizvoda.

Četiri obitelji i zašto se razlikuju

Inox se dijeli na obitelji prema kristalnoj strukturi, a ona ovisi o sastavu. Obitelj određuje magnetičnost, savijanje, zavarivanje i cijenu.

Austenitni (serija 300)

Najrasprostranjenija obitelj — ovdje spadaju 1.4301 (304) i 1.4401 (316). Sadrže krom i nikal; nikal stabilizira austenitnu strukturu i daje joj karakteristična svojstva: odličnu plastičnost, odličnu zavarljivost i u žarenom stanju — praktičnu nemagnetičnost. Prema EN 10088-2 za 1.4301 hladno valjana traka deklarira se s Rp0,2 ≥ 230 MPa i Rm 540–750 MPa (toplo valjani lim — 210 i 520–720 MPa), uz istezanje ≥ 45%. Prema EN 10088-1 toplinska vodljivost pri 20 °C je 15 W/(m·K), a srednji koeficijent toplinskog širenja — 16 × 10⁻⁶ 1/K za 20–100 °C i 18 × 10⁻⁶ prema 500 °C. (Američki listovi za 304 obično navode 16 i 17,3 — otuda pola zabune u specifikacijama.)

Druga strana medalje: jako se ojačava (deformacijsko očvršćivanje) pri hladnoj obradi, a nikal je burzovna 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% kroma, maksimalno 0,08% ugljika i bez nikla. Odsutnost nikla čini marku jeftinijom i s daleko stabilnijom cijenom. Feritni inox je magnetičan, bolje provodi toplinu (≈25 W/(m·K)) i manje se širi (10,0–11,0 × 10⁻⁶ 1/K) — prednost pri zavarivanju, jer se manje deformira. Mehanički: Rp0,2 240–260 MPa, Rm 430–600 MPa (kod debljeg lima 430–630), ali istezanje samo 18–20%.

Nisko istezanje je ograničenje: 430 se dobro savija, ali ne podnosi duboko izvlačenje. Važnija je korozijska strana — 1.4016 je namijenjen za interijer i blago agresivnu okolinu: bijelu tehniku, kuhinjske uređaje, dekorativne detalje, dimnjake. Blizu mora razlika se vidi već prve godine.

Martenzitni

Ovdje spadaju 1.4021 (X20Cr13, AISI 420) s 12–14% kroma i 0,16–0,25% ugljika te 1.4028 (X30Cr13, 0,26–0,35% C) s više ugljika. Visok udio ugljika omogućuje kaljenje. EN 10088 ne propisuje tvrdoću, nego stanja (+QT) u MPa; prema podacima proizvođača 1.4021 postiže oko 46–50 HRC, a 1.4028 — 50–54 HRC. Otuda i primjene: noževi, kirurški instrumenti, osovine, dijelovi pumpi i ventila.

Cijena tvrdoće je korozijska otpornost: manje kroma i više ugljika znače slabiji pasivni sloj — zato kuhinjski nož hrđa ako ostane mokar u sudoperu, dok sudoper oko njega ne.

Dupleks

Dupleks je smjesa austenita i ferita u približno jednakim udjelima. Prema EN 10088 marka 1.4462 sadrži 21–23% kroma, 4,5–6,5% nikla, 2,5–3,5% molibdena i 0,10–0,22% dušika. Ovdje postoji zamka koja košta novac: 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 oko dvostruko viša granica razvlačenja u odnosu na 316, uz manje nikla, te vrlo visoka otpornost na kloride — kemijska industrija, pomorske konstrukcije, spremnici, mostovi. Nije „bolji inox" za sve namjene: teže se oblikuje i zahtijeva strožu kontrolu pri zavarivanju.

Magnet nije test za marku

Najrasprostranjeniji radionički mit: „ako se magnet lijepi, nije pravi inox". Žareni austenitni inox je doista praktički nemagnetičan, ali nakon hladne obrade dio austenita pretvara se u martenzit i materijal postaje slabo magnetičan — na rezanim rubovima, u duboko izvučenim kutovima, oko štancanih otvora. Feritne i martenzitne marke su pak magnetične po definiciji i unatoč 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 naći ćete dva sustava i dobro je znati ih prevesti u glavi:

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

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

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

Što znači „L"

L dolazi od low carbon i nije kozmetički dodatak. Standardne marke dopuštaju 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 prema granicama zrna i veže se s kromom u kromove karbide. Taj krom više ne sudjeluje u pasivnom sloju i uz granice ostaje zona osiromašena kromom. Pojava se naziva senzibilizacija, a posljedica je interkristalna korozija — „razjedanje šava".

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

PREN: broj koji se može uspoređivati

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

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Formula vaga tri elementa koji stvarno djeluju protiv točkaste korozije: krom ulazi s koeficijentom 1, molibden — s 3,3, dušik — s 16. Uvrstite sastav marki i vidi se zašto je dupleks u drugoj kategoriji, a 430 nije kandidat za morsku okolinu. Za vlasnika kuće na pola kilometra od plaže sva ta matematika svodi se na jednu rečenicu: pitajte za 316, a ne samo za „inox".

Važno je i što PREN nije. Nije vijek trajanja i ne uzima u obzir ni površinu, ni pukotine, ni temperaturu, ni zavarivanje. PREN uspoređuje marke, ne proizvode.

Površine prema EN 10088-2

Površina je zasebna specifikacija s kodom: broj za valjanje (1 — vruće, 2 — hladno) plus slovo za obradu.

Četiri od njih pokrivaju gotovo sve. 2B je standardna hladno valjana površina — lagano mat i najrasprostranjenija. 2R (BA, bright annealed) je svijetlo žarena: vrlo glatka i reflektirajuća, a da nije polirana. 2J je četkana — poznati „brušeni inox", US No. 4, s vidljivim smjerom brušenja. 2P je zrcalno poliranje, US No. 8. Kodovi prema EN nisu formalni ekvivalenti američkim oznakama — usporedba je približna.

Površina nije samo pitanje izgleda. Što je hrapavija, to bolje zadržava sol, prašinu i vlagu i time se lakše javlja čajna mrlja (tea staining) — smeđkasta naslaga koja je kozmetička, ali kvari cjelokupan dojam. Australska asocijacija za nehrđajući čelik opisuje je kao tipičan problem do oko 5 km od plaže s valovima i do 1 km od mirne morske vode te preporučuje glatkije površine poput 2B i BA umjesto četkane No. 4; u nepovoljnijim uvjetima — vjetar, onečišćen zrak, zaklonjeno mjesto — mrlje se javljaju i na 20 km od obale. Isti izvor smatra 316 minimumom u petkilometarskom pojasu. Za pomorske i vanjske arhitektonske zadatke standard nudi i stroži kod 2K — satensko poliranje s dodatnim zahtjevom za hrapavost ispod 0,5 µm poprečno na smjer brušenja.

Odatle proizlaze dvije posljedice. „Četkani inox" nije specifikacija — dvije četkane površine s različitim abrazivom ponašaju se različito, zato tražite kod i, kod zahtjevnijih projekata, vrijednost Ra. I smjer brušenja je dio narudžbe: dva panela s brušenjem u različitim smjerovima izgledaju kao različiti materijali pod bočnim svjetlom.

Oblikovanje, rezanje, zavarivanje

Oblikovanje. Austenitni inox jako se deformacijski ojačava: što ga više deformirate, to postaje tvrđi — veća sila preše, veći efekt povratnog opružanja (springback) i ponekad međužarenje. Feritni 1.4016 dobro se savija, ali s istezanjem 18–20% nije materijal za duboko izvlačenje.

Rezanje. Laser je brz i precizan, ali reže toplinom: prema podacima prerađivača kod lima 316L debljine 10 mm oko reza ostaje toplinski utjecajna zona reda veličine 0,3 do 1 mm. Broj uvelike ovisi o režimu rada i nije standardiziran — shvatite ga kao red veličine, ne kao garanciju. Vodeni mlaz reže hladno — abraziv i voda, bez toplinski utjecajne zone — i zato se preferira kada rub ostaje otvoren u agresivnoj okolini. Štancanje i škare rade odličan posao kod tanjih limova, uz uvjet da je alat oštar: tup alat „razmazuje" rub i ostavlja mikropukotine.

Zavarivanje. TIG i MIG s odgovarajućim dodatnim materijalom i zaštitom korijena argonom, kako se ne bi oksidirala poleđina šava. Nakon zavarivanja toplinska obojenost obavezno se uklanja — nagrizanjem (pickling), četkom od nehrđajućeg čelika ili elektrokemijski. Austenitni inox širi se oko 16 × 10⁻⁶ 1/K, a prema 500 °C — 18 × 10⁻⁶, pa se zavarene konstrukcije stežu i deformiraju više nego što bi netko naviknut na crni čelik očekivao. Sažeta matrica po materijalima i metodama nalazi se u tehničkim parametrima materijala.

Zlatno pravilo: ništa od ugljičnog čelika

Ovo je pravilo koje razlikuje radionicu koja je radila s inoxom od one koja ga je isprobala jednom. Alati za inox ne koriste se za crni čelik i obrnuto.

• Žičane četke — samo od nehrđajućeg čelika (kod zahtjevnijih zadataka od 316L) ili abrazivne podloge od netkanog materijala.
• Odvojeni diskovi, turpije, stalci i radni stolovi.
• Bez čeličnih traka za pakiranje i bez skladištenja na hrđavim rešetkama.
• Iskre od rezanja crnog čelika u blizini također onečišćuju: to su čestice vrućeg željeza koje se zabijaju u površinu.

Podmuklo je kašnjenje: površina izgleda čisto u radionici, a hrđave točke pojavljuju se nakon prve kiše — na već ugrađenom objektu.

Nagrizanje i pasivizacija: dvije različite stvari

Nagrizanje (pickling) je kiselinska obrada — obično dušičnom i fluorovodičnom kiselinom — koja skida tanak sloj metala zajedno s okalinom, oksidima, ugrađenim željeznim česticama i toplinskom obojenošću. Ona čisti.

Pasivizacija je naknadna obrada dušičnom ili limunskom kiselinom koja uklanja slobodno željezo i pomaže stvaranju ravnomjernog pasivnog sloja. Ona obnavlja zaštitu. Postupci su opisani u ASTM A380 (čišćenje, deoksidacija, nagrizanje i pasivizacija) i ASTM A967 (kemijska pasivizacija); u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji limunska kiselina sve više istiskuje dušičnu.

Redoslijed je bitan: pasivizacija se ne nosi s toplinskom obojenošću ili okalinom — prvo se nagriza. I ona ne „dodaje" prevlaku, nego čisti put materijalu da učini svoje.

Održavanje: „nehrđajući" ne znači „bez brige"

Inox ne treba bojanje, ali treba pranje. Pasivni sloj nosi se sa svime, sve dok sol 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 sol dopire.
• Voda i blagi neutralni deterdžent, ispiranje, brisanje u smjeru brušenja.
• Nikada klorni preparati i klorovodična kiselina. Izbjeljivač i sredstva za fuge najčešći su uzrok mrlja na inoxu u kućanstvu.
• Učestalost prati okolinu: interijer — rijetko; gradska sredina — povremeno; morska obala i zimski posoljene ulice — znatno češće.

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

Gdje se koristi inox

• Prehrambena i farmaceutska industrija. Nema prevlake koja bi se ljuštila u proizvod, površina se pere agresivnim sredstvima i visokim temperaturama, a glatke površine (2B, BA) ne zadržavaju ostatke. Šavovi se brušenjem izravnavaju i pasiviziraju upravo kako ne bi ostalo pukotina.
• Morska okolina i arhitektura. 316 i dupleks za offshore konstrukcije; fasadne obloge, ograde i krovove koji traju desetljećima bez ponovnog bojanja.
• Kuhinje, bijela tehnika i medicina. Sudoperi i radne ploče od 304; bubnjevi i unutarnji paneli često od 430, jer je okolina kontrolirana; martenzitne marke za rezne instrumente.
• Građevinarstvo i stolarija. Pričvrsni elementi, sidra, obloge i dekorativna lica — uključujući umetke i trake na ulaznim vratima.

Česte zablude

1. „Inox ne hrđa." Hrđa — kod klorida, u pukotinama i pri kontaminaciji željezom. Samo ne na isti način kao crni čelik.
2. „Skuplja marka je uvijek bolja." 316 u suhom interijeru je potrošen resurs bez učinka; 430 na morskoj obali je pogreška.
3. „Ogrebotina uništava inox." Pasivni sloj se obnavlja; problem je kozmetički, posebno vidljiv poprečno na smjer brušenja.
4. Miješane marke u jednom sklopu. Lice od 316 s pričvrsnim elementima niže marke svodi proizvod na razinu slabijeg elementa — točno u pukotinama.

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. Razina 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 smjer brušenja kod četkanih izvedbi.
5. Zaštitna folija — postoji li, koliko dugo ostaje, izdrži li sunce.
6. Način rezanja i obrada ruba.
7. Obrada nakon zavarivanja — nagrizanje i/ili pasivizacija.
8. Inspekcijski certifikat 3.1 prema EN 10204 — zatražite ga izričito: od izdanja EN 10088-2 iz 2014. godine zadani dokument je protokol 2.2.

Ukratko. Inox je čelik s najmanje 10,5% kroma koji sam stvara prevlaku od kromovog oksida debljine 1–3 nanometra i sam je popravlja — sve dok ima kisika. Ostalo su posljedice: kloridi probijaju film točkasto, nedostatak kisika ispod naslaga i brtvi je drugi uzrok korozije, a čestice ugljičnog čelika treći. Obitelj određuje magnetičnost, oblikovanje i cijenu; PREN daje usporedivu skalu; kod prema EN 10088-2 opisuje površinu koja utječe i na izgled i na koroziju.

O izboru marke i površine za dekorativni panel pogledajte bond i inox panele, a za lica panela — materijale. Gotovi modeli nalaze se u katalogu; kada kombinacija marke, površine i umetaka mora biti nestandardna, paneli se izrađuju po mjeri od strane bugarskog proizvođača — pogledajte narudžbu po projektu ili često postavljana pitanja.