Kaj je inox: pasivna plast, vrste in površine

Z besedo »inox« poimenujemo tako kuhinjsko korito kot ograjo na terasi in trak na vhodnih vratih. V resnici gre za celo družino jekel z različno sestavo, različno ceno in zelo različnim obnašanjem, ko je zrak v okolici slan.

Ta članek govori o inoxu kot materialu: kaj ga naredi nerjavečega, zakaj je vse odvisno od plasti debele le nekaj nanometrov, kako se bere oznaka in kaj se z njim zgodi, ko ga režete, upogibate, varite in čistite. Če primerjate 304 in 316 kot lice dekorativnega panela, je to obdelano v bond in inox panelih. Tukaj gremo eno raven nižje – v metalurgijo.

Beseda je francoska in je obljuba

»Inox« izhaja iz francoske besede inoxydable – »neoksidljiv«; v slovenščino je prišla prek trgovine. Angleška beseda stainless obljublja skromneje: »se ne madeži«. Francoska beseda obljublja več, kot lahko kovina dejansko izpolni.

In tu je prvi paradoks. Inox oksidira – takoj, v trenutku, ko sreča zrak – in prav to ga reši. Obljuba ni »ne reagira s kisikom«, temveč »reagira tako hitro in urejeno, da se samodejno zapečati«. Kot beseda je »inox« netočna, kot mehanizem pa opisuje pravo stvar z obratnim predznakom.

Zgodovina je kratka: Pierre Berthier je odpornost železo-kromovih zlitin na kisline opazil leta 1821, leta 1913 pa je Britanec Harry Brearley odkril, da njegov visokokromov vzorec preprosto ne rjavi.

Definicija je število: 10,5 % kroma

»Nerjaveče« ni opisni pojem, temveč definicija s številčno vrednostjo. Po standardu EN 10088-1 je jeklo nerjaveče, če vsebuje najmanj 10,5 % kroma po masi in največ 1,2 % ogljika. Pod tem pragom je oksidni film na površini razpokan in porozen – ponekod je prisoten, drugod ne, korozija pa napreduje skozi vrzeli. Nad pragom postane film neprekinjen.

Zato 10,5 % ni okroglo število iz kataloga, temveč meja obnašanja. V praksi se najbolj razširjene vrste jekla začnejo precej nad tem minimumom – pri 16–18 % kroma.

Pasivna plast: nekaj nanometrov, ki odločajo o vsem

Ko krom v jeklu sreča kisik, tvori kromov oksid – gost, trdno oprijet in kemično stabilen film debeline 1–3 nanometre (Outokumpu navaja 1–3 nm, ISSF pa 2–3 nm). Za primerjavo: list papirja debeline 0,1 mm je približno 40.000-krat debelejši. Film je prozoren, ni ga mogoče videti ali otipati – sijaj, ki ga imenujemo »inox«, je sijaj kovine pod njim. Mehanizem podrobno opisuje Britansko združenje za nerjaveče jeklo.

Razlika z barvo je načelna. Barva je plast, nanesena na površino: če jo opraskate, luknja ostane luknja in od tam se začne rja. Pasivno plast material proizvaja sam iz sebe – če jo opraskate, krom na sveže razkriti površini reagira s kisikom v okolici in film se znova zapre. To je edina »prevleka«, ki se popravlja sama.

Pogoj pa je en in je bistven: potreben je kisik. Samoobnavljanje je kemijska reakcija in zanjo je potreben reagent. Inox, ki stoji pod naslagami, pod tesnilom ali v stoječi vodi brez dostopa zraka, izgubi sposobnost celjenja prav tam, kjer jo najbolj potrebuje.

Kaj uniči pasivno plast

Praktično vse težave z inoxom so težave te plasti. Štirje mehanizmi pojasnijo skoraj vse, kar lahko gre narobe:

• Kloridi. Kloridni ion je majhen in agresiven ter prebije film točkovno, ne enakomerno. Rezultat je točkovna korozija – temna jamica, ki raste navznoter, medtem ko okoliška površina izgleda povsem v redu. Viri so znani: morska sol v zraku, zimska sol na tlaku, klorirana bazenska voda, klorna sredstva za kopalnico.
• Pomanjkanje kisika. Pod naslagami, pod podložko, za tesnilom vlaga obstane, kisika je malo in film se ne more obnoviti. To je razpočna korozija – razlog, zakaj inox pogosto popusti prav tam, kjer je videti najbolj zaščiten.
• Onesnaženje z ogljikovim jeklom. Mikroskopski delci navadnega železa, ki jih pusti žična krtača, brusilna plošča ali navadna delovna miza, sami zarjavijo in sprožijo lokalni napad. Madež se pojavi šele dni pozneje, krivda pa se navadno pripiše »slabemu inoxu«.
• Toplotna obarvanost po varjenju. Modrikasto-rjavi odtenki okoli zvara so oksidna plast, pod katero je jeklo osiromašeno s kromom – če je ne odstranite, postane šibka točka izdelka.

Štiri družine in zakaj se razlikujejo

Inox se deli na družine glede na kristalno strukturo, ta pa izhaja iz sestave. Družina določa magnetnost, upogibanje, varljivost in ceno.

Avstenitni (serija 300)

Najbolj razširjena družina – sem sodita 1.4301 (304) in 1.4401 (316). Vsebujeta krom in nikelj; nikelj stabilizira avstenitno strukturo in ji daje značilne lastnosti: odlično plastičnost, odlično varljivost in v žarjenem stanju praktično nemagnetnost. Po EN 10088-2 se za 1.4301 hladno valjan trak deklarira z Rp0,2 ≥ 230 MPa in Rm 540–750 MPa (vroče valjana pločevina – 210 in 520–720 MPa), pri raztezku ≥ 45 %. Po EN 10088-1 je toplotna prevodnost pri 20 °C 15 W/(m·K), povprečni koeficient toplotnega raztezanja pa 16 × 10⁻⁶ 1/K za 20–100 °C in 18 × 10⁻⁶ pri 500 °C. (Ameriške specifikacije za 304 običajno navajajo 16 in 17,3 – od tod polovica zmede pri specifikacijah.)

Slaba stran: pri hladni obdelavi se močno utrjuje, nikelj pa je borzno blago – zato pločevina 304 podraži in poceni iz razlogov, ki nimajo zveze z vašim projektom.

Feritni (serija 400)

Klasičen predstavnik je 1.4016 (430): 16–18 % kroma, največ 0,08 % ogljika in brez niklja. Odsotnost niklja naredi to vrsto cenejšo in s precej stabilnejšo ceno. Feritni inox je magneten, bolje prevaja toploto (≈25 W/(m·K)) in se manj razteza (10,0–11,0 × 10⁻⁶ 1/K) – prednost pri varjenju, saj se manj deformira. Mehansko: Rp0,2 240–260 MPa, Rm 430–600 MPa (pri debeli pločevini 430–630), a raztezek le 18–20 %.

Nizek raztezek je omejitev: 430 se dobro upogiba, ne prenese pa globokega vlečenja. Pomembnejša je korozijska omejitev – 1.4016 je namenjen za notranjo uporabo in šibko agresivno okolje: bela tehnika, kuhinjski aparati, dekorativni deli, dimniki. Blizu morja se razlika pokaže že prvo leto.

Martenzitni

Sem sodita 1.4021 (X20Cr13, AISI 420) z 12–14 % kroma in 0,16–0,25 % ogljika ter bolj ogljikov 1.4028 (X30Cr13, 0,26–0,35 % C). Visoka vsebnost ogljika omogoča kaljenje. EN 10088 ne določa trdote, temveč stanja (+QT) v MPa; po podatkih proizvajalcev 1.4021 doseže okoli 46–50 HRC, 1.4028 pa 50–54 HRC. Od tod tudi uporaba: noži, kirurški instrumenti, gredi, deli za črpalke in ventile.

Cena za trdoto je korozijska odpornost: manj kroma in več ogljika pomenita šibkejšo pasivno plast – zato kuhinjski nož zarjavi, če ostane moker v koritu, korito samo pa ne.

Dupleks

Dupleks je mešanica avstenita in ferita v približno enakih deležih. Po EN 10088 vrsta 1.4462 vsebuje 21–23 % kroma, 4,5–6,5 % niklja, 2,5–3,5 % molibdena in 0,10–0,22 % dušika. Tu je past, ki lahko stane denar: ameriška oznaka UNS S32205 zožuje enake meje na 22–23 % Cr, 3,0–3,5 % Mo in 0,14–0,20 % N, zato pločevina, certificirana po 1.4462, samodejno ne pokriva S32205. Rezultat je približno dvakrat višja meja tečenja v primerjavi z 316 ob manjši vsebnosti niklja in zelo visoki odpornosti na kloride – kemična industrija, pomorske konstrukcije, rezervoarji, mostovi. Ni »boljši inox« za vse: težje ga je oblikovati in zahteva strožji nadzor pri varjenju.

Magnet ni test za vrsto jekla

Najbolj razširjen mit iz delavnic: »če se prime magnet, ni pravi inox«. Žarjen avstenitni inox je res praktično nemagneten, a po hladni obdelavi se del avstenita spremeni v martenzit in material postane šibko magneten – na rezanih robovih, v globoko vlečenih kotih, okoli štancanih odprtin. Feritne in martenzitne vrste pa so magnetne po definiciji in kljub temu povsem legitimen inox. In najpomembneje: magnet ne loči 304 od 316, ker je razlika v molibdenu.

Kako se bere oznaka

V specifikaciji boste naleteli na dva sistema in dobro je, da ju znate prevesti v mislih:

Oznaka EN	Ime EN	AISI	Kaj pomeni
1.4301	X5CrNi18-10	304	Osnovni avstenitni: ~18 % Cr, ~8 % Ni
1.4307	X2CrNi18-9	304L	Enak, z nizko vsebnostjo ogljika
1.4401	X5CrNiMo17-12-2	316	Z molibdenom za odpornost na kloride
1.4404	X2CrNiMo17-12-2	316L	316 z nizko vsebnostjo ogljika
1.4016	X6Cr17	430	Feritni, samo krom, brez niklja
1.4462	X2CrNiMoN22-5-3	2205	Dupleks

Evropska oznaka (1.43xx, 1.44xx) je tista, ki se navaja v certifikatu in na računu; ameriška oznaka (304, 316, 430) pa je tista, ki se uporablja v delavnici. Če v dokumentu piše 1.4301, ste kupili 304 – ne glede na to, kaj je bilo dogovorjeno ustno.

Ime po EN se bere dobesedno: X pomeni visokolegirano jeklo, sledeče število je vsebnost ogljika, pomnožena s 100, nato sledijo legirni elementi in njihovi odstotki. X5CrNi18-10 = 0,05 % ogljika, 18 % kroma, 10 % niklja.

Kaj pomeni »L«

L izhaja iz low carbon in ni kozmetični dodatek. Standardne vrste dopuščajo približno 0,07–0,08 % ogljika; vrste L ga omejijo na največ 0,030 %. Razlog je varjenje: pri zadrževanju v približnem območju 425–850 °C – enotne meje ni, BSSA navaja 370–815 °C, Outokumpu 550–850 °C – ogljik migrira proti mejam zrn in se veže s kromom v kromove karbide. Ta krom ne sodeluje več v pasivni plasti, ob mejah zrn pa ostane območje, osiromašeno s kromom. Pojav imenujemo senzibilizacija, posledica pa je medkristalna korozija – »razjedanje zvara«.

316L reši težavo že na izvoru: pod 0,030 % ogljika ni dovolj materiala za nastanek karbidov, zvar pa ostane odporen brez dodatne toplotne obdelave. Zato je za vse, kar se vari – rezervoarje, ograje, cevovode, okvirje – vrsta L razumna izbira, ne pa dražja muha.

PREN: število, ki ga je mogoče primerjati

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) postavi dve vrsti jekla na skupno lestvico:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Formula tehta tri elemente, ki dejansko delujejo proti točkovni koroziji: krom vstopa s koeficientom 1, molibden s 3,3, dušik s 16. Če vstavite sestavo posameznih vrst, je jasno, zakaj je dupleks v drugi kategoriji in zakaj 430 ni kandidat za morsko okolje. Za lastnika hiše pol kilometra od plaže se vsa ta matematika strne v en stavek: vprašajte po 316, ne le po »inoxu«.

Pomembno je tudi, kaj PREN ni. Ni življenjska doba in ne upošteva niti površine, niti razpok, niti temperature, niti varjenja. PREN primerja vrste jekla, ne izdelkov.

Površine po EN 10088-2

Površina je ločena specifikacija s kodo: številka za valjanje (1 – vroče, 2 – hladno) plus črka za obdelavo.

Štiri od njih pokrivajo skoraj vse. 2B je standardna hladno valjana površina – rahlo matirana in najbolj razširjena. 2R (BA, bright annealed) je svetlo žarjena: zelo gladka in odsevna, ne da bi bila polirana. 2J je krtačena – znani »brušeni inox«, US No. 4, z vidno smerjo brušenja. 2P je zrcalno poliranje, US No. 8. Oznake po EN niso formalno enakovredne ameriškim številkam – primerjava je približna.

Površina ni le vprašanje videza. Bolj kot je hrapava, bolje zadržuje sol, prah in vlago, kar hitreje privede do t. i. čajnega madeža (tea staining) – rjavkastega nanosa, ki je kozmetičen, a pokvari celoten videz. Avstralsko združenje za nerjaveče jeklo to opisuje kot tipično težavo do približno 5 km od plaže z valovi in do 1 km od mirne morske vode ter priporoča gladkejše površine, kot sta 2B in BA, namesto krtačene No. 4; pri manj ugodnih razmerah – vetru, onesnaženem zraku, zavetrni legi – se obarvanje pojavi tudi na 20 km od obale. Isti vir priporoča 316 kot minimum znotraj petkilometrskega pasu. Za morske in zunanje arhitekturne namene standard ponuja tudi strožjo kodo 2K – satensko poliranje z dodatno zahtevo po hrapavosti pod 0,5 µm prečno na smer brušenja.

Od tod dve posledici. »Krtačen inox« ni specifikacija – dve krtačeni površini z različnim abrazivom se obnašata različno, zato zahtevajte kodo in pri zahtevnejših projektih tudi vrednost Ra. In smer brušenja je del naročila: dva panela s smerjo brušenja v različne smeri sta pri stranski svetlobi videti kot povsem različna materiala.

Oblikovanje, rezanje, varjenje

Oblikovanje. Avstenitni inox se močno utrjuje: bolj ko ga deformirate, trši postaja – večja sila stiskalnice, večji povratni učinek in včasih vmesno žarjenje. Feritni 1.4016 se dobro upogiba, a z raztezkom 18–20 % ni material za globoko vlečenje.

Rezanje. Laser je hiter in natančen, a reže s toploto: po podatkih predelovalcev pri pločevini 316L debeline 10 mm okoli reza ostane toplotno vplivano območje velikosti približno 0,3 do 1 mm. Vrednost je močno odvisna od načina rezanja in ni standardizirana – vzemite jo kot okvirno, ne kot zagotovilo. Vodni curek reže hladno – abraziv in voda, brez toplotno vplivanega območja – zato je prednostna izbira, kadar rob ostane izpostavljen v agresivnem okolju. Štancanje in škarje odlično opravijo delo pri tanjših pločevinah, če je orodje ostro: topo orodje »zmaže« rob in pusti mikrorazpoke.

Varjenje. TIG in MIG z ustreznim dodajnim materialom in zaščito korena z argonom, da ne pride do oksidacije hrbtne strani zvara. Po varjenju je toplotno obarvanost obvezno treba odstraniti – z jedkanjem, s krtačo iz nerjavečega jekla ali elektrokemično. Avstenitni inox se razteza s približno 16 × 10⁻⁶ 1/K, pri 500 °C pa 18 × 10⁻⁶, zato se zvarjene konstrukcije bolj krčijo in deformirajo, kot bi pričakovali od nekoga, vajenega črnega jekla. Zbirna preglednica po materialih in metodah je v tehničnih parametrih materialov.

Zlato pravilo: nič od ogljikovega jekla

To je pravilo, ki loči delavnico, ki dejansko dela z inoxom, od tiste, ki ga je le enkrat preizkusila. Orodja za inox se ne uporabljajo za črno jeklo in obratno.

• Žične krtače – samo iz nerjavečega jekla (pri zahtevnejših nalogah iz 316L) ali abrazivne blazinice iz netkanega materiala.
• Ločeni diski, pile, stojala in delovne mize.
• Brez jeklenih trakov za pakiranje in brez shranjevanja na zarjavelih rešetkah.
• Tudi iskre od rezanja črnega jekla v bližini onesnažujejo – gre za delce vročega železa, ki se zapičijo v površino.

Zahrbtno je zakasnitev: površina je videti čista še v delavnici, rjave pike pa se pojavijo šele po prvem dežju – na vgrajenem izdelku.

Jedkanje in pasivacija: dve različni stvari

Jedkanje (pickling) je kislinska obdelava – navadno z dušikovo in fluorovodikovo kislino – ki odstrani tanko plast kovine skupaj z oksidno skorjo, oksidi, vgrajenimi delci železa in toplotno obarvanostjo. To očisti.

Pasivacija je naknadna obdelava z dušikovo ali citronsko kislino, ki odstrani prosto železo in pospeši nastanek enakomerne pasivne plasti. To obnovi zaščito. Postopki so opisani v standardu ASTM A380 (čiščenje, razoksidacija, jedkanje in pasivacija) ter v ASTM A967 (kemična pasivacija); v živilski in farmacevtski industriji citronska kislina vse bolj izpodriva dušikovo.

Vrstni red je pomemben: pasivacija se ne spopade s toplotno obarvanostjo ali oksidno skorjo – najprej je treba jedkati. In ne gre za »dodajanje« prevleke, temveč za pripravo poti, da material stori svoje.

Vzdrževanje: »nerjaveče« ne pomeni »brez nege«

Inox ne potrebuje barvanja, potrebuje pa umivanje. Pasivna plast se spopade z vsem, dokler sol in umazanija ne ostaneta predolgo na njej.

• Dež je brezplačno vzdrževanje. Korozija se najprej pojavi pod strehicami, v nišah vrat, na spodnji strani ročajev in profilov – tam, kjer dež ne pride, sol pa pride.
• Voda in blago nevtralno čistilo, izpiranje, brisanje v smeri brušenja.
• Nikoli klorna sredstva in solna kislina. Belilo in čistila za fuge so najpogostejši vzrok madežev na inoxu v domačem okolju.
• Pogostost sledi okolju: notranji prostori – redko; mestno okolje – občasno; morska obala in pozimi soljene ulice – bistveno pogosteje.

Kadar je element del vrat ali fasade, montaža in vzdrževanje sodita skupaj – kaj spada v eno in kaj ostane v pristojnosti lastnika, je opisano v razdelku storitve.

Kje se uporablja inox

• Živilska in farmacevtska industrija. Ni prevleke, ki bi se lahko odluščila v izdelek, površina se čisti z agresivnimi sredstvi in pri visokih temperaturah, gladke površine (2B, BA) pa ne zadržujejo ostankov. Zvari se brusijo in pasivirajo prav zato, da ni razpok.
• Morsko okolje in arhitektura. 316 in dupleks za offshore konstrukcije; fasadne obloge, ograje in strehe, ki zdržijo desetletja brez ponovnega barvanja.
• Kuhinje, bela tehnika in medicina. Korita in delovni pulti iz 304; bobni in notranji paneli pogosto iz 430, ker je okolje nadzorovano; martenzitne vrste za rezalna orodja.
• Gradbeništvo in stavbno pohištvo. Pritrdilni elementi, sidra, obloge in dekorativna lica – vključno z vložki in trakovi na vhodnih vratih.

Pogoste zmote

1. »Inox ne rjavi.« Rjavi – ob prisotnosti kloridov, v razpokah in ob onesnaženju z železom. Le da ne na enak način kot črno jeklo.
2. »Dražja vrsta je vedno boljša.« 316 v suhem notranjem prostoru je zapravljen vir brez učinka; 430 na morski obali je napaka.
3. »Praska uniči inox.« Pasivna plast se obnovi; težava je kozmetična, še posebej opazna prečno na smer brušenja.
4. Mešane vrste jekla v enem sklopu. Lice iz 316 s pritrdilnimi elementi iz nižje vrste izdelek zniža na raven šibkejšega elementa – prav v razpokah.

Kako se bere specifikacija za inox

1. Vrsta po oznaki EN (1.4301, 1.4401, 1.4404…), ne samo AISI in ne samo »inox«.
2. Vsebnost ogljika – L ali standardna vrsta, če se izdelek vari.
3. Debelina in toleranca.
4. Koda površine po EN 10088-2 (2B, 2R/BA, 2J, 2P) in smer brušenja pri krtačenih izvedbah.
5. Zaščitna folija – ali obstaja, koliko časa ostane, ali prenese sonce.
6. Način rezanja in obdelava roba.
7. Obdelava po varjenju – jedkanje in/ali pasivacija.
8. Kontrolno spričevalo 3.1 po EN 10204 – zahtevajte ga izrecno: od izdaje EN 10088-2 iz leta 2014 je privzeti dokument protokol 2.2.

Na kratko. Inox je jeklo z vsaj 10,5 % kroma, ki si samo ustvari prevleko iz kromovega oksida debeline 1–3 nanometre in jo samo popravlja – dokler je na voljo kisik. Preostalo so posledice: kloridi prebijejo film točkovno, pomanjkanje kisika pod naslagami in tesnili je drugi vzrok korozije, delci ogljikovega jekla pa tretji. Družina določa magnetnost, oblikovanje in ceno; PREN daje primerljivo lestvico; koda po EN 10088-2 opisuje površino, ki vpliva tako na videz kot na korozijo.

Za izbiro vrste jekla in površine pri dekorativnem panelu si oglejte bond in inox panele, za lice materiale pa materiale. Gotovi modeli so v katalogu; ko mora biti kombinacija vrste jekla, površine in vložkov nestandardna, se paneli izdelajo po meri pri bolgarskem proizvajalcu – oglejte si naročilo po meri ali pogosto zastavljena vprašanja.