Šta je inoks: pasivni sloj, marke i površine

Rečju „inoks" nazivamo i sudoperu u kuhinji, i ogradu terase, i traku na ulaznim vratima. U stvari, reč je o čitavoj porodici čelika različitog sastava, različite cene i veoma različitog ponašanja kada je vazduh oko njih slan.

Ovaj tekst govori o inoksu kao materijalu: šta ga čini nerđajućim, zašto sve zavisi od sloja debljine svega nekoliko nanometara, kako se čita oznaka i šta se dešava sa metalom kada ga sečete, savijate, varite i čistite. Ako poredite 304 i 316 kao lice dekorativnog panela, to je obrađeno u tekstu bond i inoks paneli. Ovde silazimo jedan nivo dublje — u metalurgiju.

Reč je francuska i predstavlja obećanje

„Inoks" dolazi od francuskog inoxydable — „neoksidirajući"; u srpski jezik ulazi kroz trgovinu. Englesko stainless obećava skromnije: „ne ostavlja mrlje". Francuska reč obećava više nego što metal može da ispuni.

I tu je prvi paradoks. Inoks se oksidira — trenutno, u istom momentu kada dođe u dodir sa vazduhom — i baš to ga spasava. Obećanje nije „ne reaguje sa kiseonikom", već „reaguje toliko brzo i uredno da se sam zapečati". Kao termin, „inoks" je netačna reč; kao mehanizam, opisuje pravu stvar sa obrnutim predznakom.

Istorija je kratka: Pjer Bertje uočava kiselinsku otpornost gvožđe-hromnih legura 1821. godine, a 1913. Britanac Hari Brirli 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 vrednošću. Prema EN 10088-1, čelik je nerđajući kada sadrži minimum 10,5% hroma po masi i maksimum 1,2% ugljenika. Ispod ovog praga oksidni film na površini je isprekidan i porozan — na nekim mestima postoji, na drugim 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 — na 16–18% hroma.

Pasivni sloj: nekoliko nanometara koji rešavaju 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 debljine 0,1 mm je oko 40.000 puta deblji. Film je proziran, ne vidi se i ne oseća se pod prstima — sjaj koji nazivamo „inoks" potiče od metala ispod njega. Mehanizam detaljno opisuje Britansko udruženje za nerđajući čelik.

Razlika u odnosu na boju je suštinska. Boja je sloj nanet spolja: ogrebete li je, rupa ostaje rupa i od nje počinje rđa. Pasivni sloj materijal proizvodi sam — ogrebete li ga, hrom na novootkrivenoj površini reaguje sa kiseonikom iz okoline i film se ponovo zatvara. To je jedino „zaštitno oblaganje" koje se samo popravlja.

Uslov je, međutim, jedan i suštinski: mora postojati kiseonik. Samoobnavljanje je hemijska reakcija i njoj je potreban reagens. Inoks koji stoji pod nalepnicom, pod zaptivkom ili u ustajaloj vodi bez pristupa vazduhu gubi sposobnost samoisceljivanja baš tamo gde mu je najpotrebnija.

Šta uništava pasivni sloj

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

• Hloridi. Hloridni jon je mali i agresivan i probija film tačkasto, a ne ravnomerno. Rezultat je tačkasta korozija — tamna jamica koja raste ka unutra, dok površina oko nje izgleda u redu. Izvori su poznati: morska so u vazduhu, zimska so na kolovozu, hlorisana voda u bazenu, hlorna sredstva za čišćenje kupatila.
• Nedostatak kiseonika. Ispod nalepnice, ispod podloške, iza zaptivke vlaga stoji, kiseonika ima malo i film ne može da se obnovi. Ovo je proreklina (procepna) korozija — razlog zašto inoks često popušta baš tamo gde izgleda najzaštićenije.
• Kontaminacija ugljeničnim čelikom. Mikroskopske čestice običnog gvožđa, ostavljene žičanom četkom, brusnim diskom ili običnim radnim stolom, same rđaju i pokreću lokalni napad. Mrlja se pojavljuje dana kasnije, a krivica se obično pripisuje „lošem inoksu".
• Toplotna prebojenost posle zavarivanja. Plavičasto-braon prebojenja oko šava predstavljaju oksidnu prevlaku ispod koje je čelik osiromašen hromom — ako se ne ukloni, to je slaba tačka proizvoda.

Četiri porodice i zašto se razlikuju

Inoks se deli na porodice prema kristalnoj strukturi, a ona zavisi od sastava. Porodica određuje magnetnost, savijanje, zavarivanje i cenu.

Austenitni (serija 300)

Najrasprostranjenija porodica — ovde 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 na 20 °C iznosi 15 W/(m·K), a srednji koeficijent toplotnog širenja — 16 × 10⁻⁶ 1/K za 20–100 °C i 18 × 10⁻⁶ ka 500 °C. (Američki listovi za 304 obično navode 16 i 17,3 — otuda polovina zabune u specifikacijama.)

Naličje: jako se ojačava pri hladnoj obradi, a nikl je berzanska roba — zato lim od 304 poskupljuje i pojeftinjuje iz razloga koji nemaju veze sa vašim projektom.

Feritni (serija 400)

Klasičan predstavnik je 1.4016 (430): 16–18% hroma, maksimum 0,08% ugljenika i bez nikla. Odsustvo nikla čini marku jeftinijom i sa daleko stabilnijom cenom. Feritni inoks je magnetičan, bolje provodi toplotu (≈25 W/(m·K)) i manje se širi (10,0–11,0 × 10⁻⁶ 1/K) — prednost pri zavarivanju, 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 je ograničenje: 430 se dobro savija, ali ne podnosi duboko izvlačenje. Važnije je korozijsko ograničenje — 1.4016 je namenjen enterijeru i slabo agresivnoj sredini: bela tehnika, kuhinjski aparati, dekorativni detalji, dimnjaci. U blizini mora razlika se vidi već u prvoj godini.

Martenzitni

Ovde spadaju 1.4021 (X20Cr13, AISI 420) sa 12–14% hroma i 0,16–0,25% ugljenika i marka sa više ugljenika 1.4028 (X30Cr13, 0,26–0,35% C). Visok sadržaj ugljenika 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. Otuda i primene: noževi, hirurški instrumenti, vratila, delovi pumpi i ventila.

Cena tvrdoće je korozijska otpornost: manje hroma i više ugljenika znače slabiji pasivni sloj — zato kuhinjski nož rđa ako ostane mokar u sudoperi, dok sudopera oko njega ne rđa.

Dupleks

Dupleks je mešavina austenita i ferita u približno jednakim delovima. 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. Ovde 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 sertifikovan po 1.4462 ne pokriva automatski S32205. Rezultat je oko dvostruko viša granica razvlačenja u odnosu na 316, uz manje nikla i veoma visoku otpornost na hloride — hemijska industrija, morske konstrukcije, rezervoari, mostovi. Nije „bolji inoks" za sve namene: teže se oblikuje i zahteva stroži kontrolu pri zavarivanju.

Magnet nije test za marku

Najrasprostranjeniji radionički mit: „ako se lepi magnet, nije pravi inoks". Žareni austenitni inoks je zaista praktično nemagnetičan, ali posle hladne obrade deo austenita prelazi u martenzit i materijal postaje slabo magnetičan — na sečenim ivicama, u dubokim izvučenim uglovima, oko probušenih otvora. Feritne i martenzitne marke su, pak, po definiciji magnetične i uprkos tome potpuno su legitiman inoks. I najvažnije: magnet ne razlikuje 304 od 316, jer je razlika u molibdenu.

Kako se čita oznaka

U jednoj specifikaciji naići ćete na dva sistema i dobro je da ih u sebi „prevodite":

EN broj	EN naziv	AISI	Šta znači
1.4301	X5CrNi18-10	304	Bazni austenitni: ~18% Cr, ~8% Ni
1.4307	X2CrNi18-9	304L	Isti, sa niskim ugljenikom
1.4401	X5CrNiMo17-12-2	316	Sa molibdenom za otpornost na hloride
1.4404	X2CrNiMo17-12-2	316L	316 sa niskim ugljenikom
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 u fakturu; američka oznaka (304, 316, 430) je ono što se izgovara u radionici. Ako u dokumentu piše 1.4301, kupili ste 304 — bez obzira šta je usmeno rečeno.

Naziv prema EN čita se doslovno: X znači visokolegirani čelik, broj koji sledi je sadržaj ugljenika pomnožen sa 100, zatim slede legirajući elementi i njihovi procenti. X5CrNi18-10 = 0,05% ugljenika, 18% hroma, 10% nikla.

Šta znači „L"

L dolazi od low carbon i nije kozmetički dodatak. Standardne marke dozvoljavaju oko 0,07–0,08% ugljenika; L-marke ga ograničavaju na maksimum 0,030%. Razlog je zavarivanje: pri zadržavanju u opsegu od otprilike 425–850 °C — jedinstvena granica ne postoji, BSSA navodi 370–815 °C, Outokumpu 550–850 °C — ugljenik migrira ka granicama zrna i vezuje se sa hromom u hromove karbide. Taj hrom više ne učestvuje u pasivnom sloju i duž granica ostaje zona osiromašena hromom. Pojava se naziva senzibilizacija, a posledica je interkristalna korozija — „nagrizanje šava".

316L rešava problem u korenu: ispod 0,030% ugljenika nema dovoljno materijala za karbide i šav ostaje otporan bez dodatne toplotne obrade. Zato je za sve zavareno — rezervoare, ograde, cevovode, ramove — L-marka razuman izbor, a ne skuplji hir.

PREN: broj koji se može uporediti

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

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

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

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

Površine prema EN 10088-2

Površina je zasebna 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 svetlo žarena: veoma glatka i reflektujuća, a da nije polirana. 2J je četkana — poznati „brušeni inoks", US No. 4, sa vidljivim pravcem brazde. 2P je ogledalsko poliranje, US No. 8. Kodovi prema EN nisu formalni ekvivalenti američkim oznakama — poređenje je približno.

Površina nije samo pitanje izgleda. Što je hrapavija, to bolje zadržava so, prašinu i vlagu i lakše dolazi do čajnog obojenja (tea staining) — smeđkaste naslage koja je kozmetička, ali kvari sav utisak. Australijsko udruženje za nerđajući čelik opisuje ovo kao tipičan problem do oko 5 km od plaže sa talasima i do 1 km od mirne morske vode i preporučuje glatkije površine kao 2B i BA umesto četkane No. 4; u nepovoljnijim uslovima — vetar, zagađen vazduh, zaklonjeno mesto — obojenje se javlja i na 20 km od obale. Isti izvor smatra 316 minimumom u zoni od pet kilometara. Za morske i eksterijerne arhitektonske primene, standard nudi i stroži kod 2K — satensko poliranje sa dodatnim zahtevom za hrapavost ispod 0,5 µm poprečno na brazdu.

Otuda i dve posledice. „Četkani inoks" nije specifikacija — dve četkane površine sa različitim abrazivom ponašaju se različito, zato tražite kod i, kod zahtevnijih projekata, vrednost Ra. I pravac brazde je deo porudžbine: dva panela sa brazdom u različitim pravcima izgledaju kao različiti materijali pri bočnom svetlu.

Oblikovanje, sečenje, zavarivanje

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

Sečenje. Laser je brz i precizan, ali seče toplotom: prema podacima prerađivača, kod lima 316L debljine 10 mm oko reza ostaje toplotno uticana zona reda veličine 0,3 do 1 mm. Broj u velikoj meri zavisi od režima i nije standardizovan — shvatite ga kao red veličine, ne kao garanciju. Vodeni mlaz seče hladno — abraziv i voda, bez toplotno uticane zone — i zato se preferira kada ivica ostaje izložena u agresivnoj sredini. Probijanje i makaze odlično rade kod tankih limova, pod uslovom da je alat oštar: tup alat „razmazuje" ivicu i ostavlja mikropukotine.

Zavarivanje. TIG i MIG sa odgovarajućim dodatnim materijalom i zaštitom korena argonom, kako se ne bi oksidirala poleđina šava. Nakon zavarivanja, toplotna prebojenost se obavezno uklanja — nagrizanjem, četkom od nerđajućeg čelika ili elektrohemijski. Austenitni inoks se širi oko 16 × 10⁻⁶ 1/K, a ka 500 °C — 18 × 10⁻⁶, i zato se zavarene konstrukcije stežu i deformišu više nego što bi očekivao neko navikao na crni čelik. Zbirna matrica po materijalima i metodama nalazi se u tekstu tehnički parametri materijala.

Zlatno pravilo: ništa od ugljeničnog čelika

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

• Žičane četke — samo od nerđajućeg čelika (kod zahtevnijih zadataka od 316L) ili abrazivni jastučići od netkanog materijala.
• Zasebni diskovi, turpije, stalci i radni stolovi.
• Bez čeličnih traka za pakovanje i bez skladištenja na zarđalim rešetkama.
• Varnice od sečenja crnog čelika u blizini takođe zagađuju: to su čestice vrelog gvožđa koje se zabijaju u površinu.

Podmuklo je to što kašnjenje: površina izgleda čisto u radionici, a zarđale tačke se pojavljuju posle prve kiše — na montiranom objektu.

Nagrizanje i pasivizacija: dve različite stvari

Nagrizanje (pickling) je kiselinska obrada — obično azotnom i fluorovodoničnom kiselinom — koja skida tanki sloj metala zajedno sa okalinom, oksidima, ugrađenim česticama gvožđa i toplotnom prebojenošću. Ono čisti.

Pasivizacija je naknadna obrada azotnom ili limunskom kiselinom koja uklanja slobodno gvožđe i pomaže formiranju ravnomernog pasivnog sloja. Ona obnavlja zaštitu. Procedure su opisane u ASTM A380 (čišćenje, deoksidacija, nagrizanje i pasivizacija) i ASTM A967 (hemijska pasivizacija); u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji limunska kiselina sve više potiskuje azotnu.

Redosled je važan: pasivizacija se ne nosi sa toplotnom prebojenošću ili okalinom — prvo se vrši nagrizanje. I ona ne „dodaje" prevlaku, već raščišćava put materijalu da uradi svoje.

Održavanje: „nerđajući" ne znači „bez brige"

Inoks ne zahteva farbanje, ali zahteva pranje. Pasivni sloj izlazi na kraj sa svim, sve dok so i prljavština ne ostaju predugo na njemu.

• Kiša je besplatno održavanje. Korozija se prvo pojavljuje ispod nadstrešnica, u udubljenjima vrata, na donjoj strani ručki i profila — tamo gde kiša ne dopire, a so dopire.
• Voda i blago neutralno sredstvo, ispiranje, brisanje u pravcu brazde.
• Nikada hlorna sredstva i hlorovodonična kiselina. Belilo i sredstva za fuge su najčešći uzrok mrlja na inoksu u kućnim uslovima.
• Učestalost zavisi od sredine: enterijer — retko; gradska sredina — periodično; morska obala i zimske posoljene ulice — znatno češće.

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

Gde se koristi inoks

• Prehrambena i farmaceutska industrija. Nema prevlake koja bi se ljuštila u proizvod, površina se pere agresivnim sredstvima i na visokim temperaturama, a glatke površine (2B, BA) ne zadržavaju ostatke. Šavovi se brúse i pasiviziraju baš da ne bi bilo proreza.
• Morska sredina i arhitektura. 316 i dupleks za offshore konstrukcije; fasadne obloge, ograde i krovovi koji izdrže decenijama bez ponovnog farbanja.
• Kuhinje, bela 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. Pričvršćivači, ankeri, oplate i dekorativna lica — uključujući umetke i trake na ulaznim vratima.

Česte zablude

1. „Inoks ne rđa." Rđa — kod hlorida, u prorezima i pri kontaminaciji gvožđem. Samo ne na isti način kao crni čelik.
2. „Skuplja marka je uvek bolja." 316 u suvom enterijeru je potrošen resurs bez efekta; 430 na morskoj obali je greška.
3. „Ogrebotina uništava inoks." Pasivni sloj se obnavlja; problem je kozmetički, posebno vidljiv poprečno na brazdu.
4. Mešane marke u jednom sklopu. Lice od 316 sa pričvršćivačima niže marke svodi proizvod na nivo slabijeg elementa — baš u prorezima.

Kako se čita specifikacija za inoks

1. Marka prema EN broju (1.4301, 1.4401, 1.4404…), ne samo AISI i ne samo „inoks".
2. Nivo ugljenika — 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 brazde kod četkanih izvedbi.
5. Zaštitna folija — postoji li, koliko dugo ostaje, izdržava li sunce.
6. Način sečenja i obrada ivice.
7. Obrada nakon zavarivanja — nagrizanje i/ili pasivizacija.
8. Inspekcijski sertifikat 3.1 prema EN 10204 — zatražite ga izričito: od izdanja EN 10088-2 iz 2014. godine, podrazumevani dokument je protokol 2.2.

Ukratko. Inoks je čelik sa najmanje 10,5% hroma, koji sam sebi pravi prevlaku od hromovog oksida debljine 1–3 nanometra i sam je popravlja — dok god ima kiseonika. Ostalo su posledice: hloridi probijaju film tačkasto, nedostatak kiseonika ispod nalepnica i zaptivki je drugi uzrok korozije, a čestice ugljeničnog čelika — treći. Porodica određuje magnetnost, oblikovanje i cenu; 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 tekst bond i inoks paneli, a za lica materijala — materijale. Gotovi modeli se nalaze u katalogu; kada kombinacija marke, površine i umetaka mora biti nestandardna, paneli se izrađuju po meri kod bugarskog proizvođača — pogledajte izradu po projektu ili često postavljana pitanja.