Що таке інокс: пасивний шар, марки та поверхні

Словом «інокс» ми називаємо і мийку на кухні, і поручень на терасі, і смугу на вхідних дверях. Насправді це ціла родина сталей із різним складом, різною ціною і дуже різною поведінкою, коли повітря навколо солоне.

Ця стаття — про інокс як матеріал: що робить його нержавіючим, чому все впирається у шар товщиною кілька нанометрів, як читається маркування і що відбувається з металом, коли його ріжуть, гнуть, зварюють і чистять. Якщо порівнюєте 304 та 316 як лицьову поверхню декоративної панелі, це в статті про бонд та інокс панелі. Тут ми спускаємось на рівень нижче — у металургію.

Слово французьке, і воно — обіцянка

«Інокс» походить від французького inoxydable — «неокислюваний»; в українську мову увійшло через торгівлю. Англійське stainless обіцяє скромніше: «не залишає плям». Французьке слово обіцяє більше, ніж метал здатен виконати.

І тут перший парадокс. Інокс окислюється — миттєво, в ту саму секунду, коли стикається з повітрям — і саме це його рятує. Обіцянка не в тому, що «не реагує з киснем», а в тому, що «реагує настільки швидко й впорядковано, що самозапечатується». Як слово «інокс» неточне; як опис механізму — воно влучає в саму суть, тільки з протилежним знаком.

Історія коротка: П'єр Бертьє помітив кислотостійкість залізо-хромових сплавів у 1821 році, а в 1913-му британець Гаррі Браерлі виявив, що його зразок із високим вмістом хрому просто не іржавіє.

Визначення — це число: 10,5% хрому

«Нержавіюча» — не описовий термін, а визначення з конкретним значенням. За EN 10088-1 сталь вважається нержавіючою, якщо вона містить щонайменше 10,5% хрому за масою та не більше 1,2% вуглецю. Нижче цього порогу оксидна плівка на поверхні переривчаста й пориста — вона є в одних місцях і відсутня в інших, і корозія проникає крізь ці отвори. Вище порогу плівка стає суцільною.

Тому 10,5% — це не кругле число з каталогу, а межа поведінки матеріалу. На практиці найпоширеніші марки починаються значно вище цього мінімуму — з 16–18% хрому.

Пасивний шар: кілька нанометрів, які вирішують усе

Коли хром у сталі стикається з киснем, він утворює оксид хрому — щільну, міцно зчеплену й хімічно стабільну плівку товщиною 1–3 нанометри (Outokumpu вказує 1–3 нм, ISSF — 2–3 нм). Для порівняння: аркуш паперу товщиною 0,1 мм приблизно у 40 000 разів товщий. Плівка прозора, її не видно й не відчутно на дотик — блиск, який ми називаємо «інокс», належить металу під нею. Механізм детально описаний Британською асоціацією нержавіючої сталі.

Різниця з фарбою — принципова. Фарба — це шар, нанесений зверху: подряпаєте її — дірка залишається діркою, і саме звідти починається іржа. Пасивний шар матеріал виробляє сам із себе — подряпаєте його, і хром на щойно оголеній поверхні реагує з киснем навколо, і плівка знову замикається. Це єдине «покриття», яке ремонтує само себе.

Однак є одна суттєва умова: потрібен кисень. Самовідновлення — це хімічна реакція, і їй потрібен реагент. Інокс, що перебуває під накладанням, під ущільненням чи у застояній воді без доступу повітря, втрачає здатність «загоюватися» саме там, де вона найбільше потрібна.

Що руйнує пасивний шар

Практично всі проблеми з іноксом — це проблеми саме цієї плівки. Чотири механізми пояснюють майже все, що може піти не так:

• Хлориди. Хлоридний іон малий і агресивний, і пробиває плівку точково, а не рівномірно. Результат — точкова (пітингова) корозія — темна ямка, яка росте вглиб, поки поверхня навколо виглядає цілком нормально. Джерела добре відомі: морська сіль у повітрі, зимова сіль на дорожньому покритті, хлорована вода в басейні, хлорні засоби для ванної.
• Кисневе голодування. Під накладанням, під шайбою, за ущільненням волога затримується, кисню бракує, і плівка не може відновитися. Це щілинна корозія — причина того, що інокс часто здається саме там, де виглядає найбільш захищеним.
• Забруднення вуглецевою сталлю. Мікроскопічні частинки звичайного заліза, залишені дротяною щіткою, шліфувальним диском чи звичайним робочим столом, самі іржавіють і запускають локальну атаку. Пляма з'являється через кілька днів, і провину зазвичай звалюють на «поганий інокс».
• Термічний колір після зварювання. Синювато-коричневі переливи навколо шва — це оксидна плівка, під якою сталь збіднена на хром: якщо її не видалити, саме тут — слабке місце виробу.

Чотири родини і чому вони відрізняються

Інокс поділяється на родини за кристалічною структурою, а вона, своєю чергою, залежить від складу. Родина визначає магнітність, здатність до згинання, зварюваність і ціну.

Аустенітні (серія 300)

Найпоширеніша родина — сюди належать 1.4301 (304) та 1.4401 (316). Містять хром і нікель; нікель стабілізує аустенітну структуру і надає їй характерні властивості: чудову пластичність, чудову зварюваність, а у відпаленому стані — практичну немагнітність. За EN 10088-2 для 1.4301 холоднокатана стрічка декларується з Rp0,2 ≥ 230 МПа та Rm 540–750 МПа (гарячекатаний лист — 210 та 520–720 МПа), при видовженні ≥ 45%. За EN 10088-1 теплопровідність при 20 °C становить 15 Вт/(м·К), а середній коефіцієнт теплового розширення — 16 × 10⁻⁶ 1/К для 20–100 °C і 18 × 10⁻⁶ до 500 °C. (Американські технічні листи для 304 зазвичай наводять 16 та 17,3 — звідси половина плутанини в специфікаціях.)

Зворотний бік: сильно наклепується при холодній обробці, а нікель — біржовий товар, тому лист із 304 дорожчає й дешевшає з причин, які не мають нічого спільного з вашим проєктом.

Феритні (серія 400)

Класичний представник — 1.4016 (430): 16–18% хрому, максимум 0,08% вуглецю і без нікелю. Відсутність нікелю робить марку дешевшою і з набагато стабільнішою ціною. Феритний інокс магнітний, краще проводить тепло (≈25 Вт/(м·К)) і менше розширюється (10,0–11,0 × 10⁻⁶ 1/К) — перевага при зварюванні, оскільки деформується менше. Механічно: Rp0,2 240–260 МПа, Rm 430–600 МПа (для товстого листа 430–630), але видовження лише 18–20%.

Низьке видовження — це обмеження: 430 добре гнеться, але не витримує глибокого витягування. Важливіше — корозійна стійкість: 1.4016 підходить для інтер'єру і слабоагресивного середовища: побутова техніка, кухонне обладнання, декоративні деталі, димоходи. Поблизу моря різниця стає помітною вже за перший рік.

Мартенситні

Сюди належать 1.4021 (X20Cr13, AISI 420) із 12–14% хрому та 0,16–0,25% вуглецю, а також більш вуглецевий 1.4028 (X30Cr13, 0,26–0,35% C). Високий вміст вуглецю дозволяє загартування. EN 10088 не задає твердість, а лише стани (+QT) у МПа; за даними виробників 1.4021 досягає приблизно 46–50 HRC, а 1.4028 — 50–54 HRC. Звідси й сфери застосування: ножі, хірургічні інструменти, вали, деталі насосів і клапанів.

Ціна за твердість — це корозійна стійкість: менше хрому й більше вуглецю означають слабший пасивний шар — тому кухонний ніж іржавіє, якщо залишиться мокрим у мийці, тоді як сама мийка навколо нього — ні.

Дуплекс

Дуплекс — це суміш аустеніту й фериту приблизно в рівних частинах. За EN 10088 марка 1.4462 містить 21–23% хрому, 4,5–6,5% нікелю, 2,5–3,5% молібдену і 0,10–0,22% азоту. Тут є пастка, яка коштує грошей: американське позначення UNS S32205 звужує ці ж межі до 22–23% Cr, 3,0–3,5% Mo і 0,14–0,20% N, тож лист, сертифікований за 1.4462, автоматично не покриває S32205. Результат — приблизно вдвічі вища межа плинності порівняно з 316 при меншому вмісті нікелю та дуже висока стійкість до хлоридів — хімічна промисловість, морські конструкції, резервуари, мости. Це не «кращий інокс» для всього: він складніший у формуванні і вимагає суворішого контролю при зварюванні.

Магніт — не тест на справжність марки

Найпоширеніший цеховий міф: «якщо липне магніт — це не справжній інокс». Відпалений аустенітний інокс дійсно практично немагнітний, але після холодної обробки частина аустеніту перетворюється на мартенсит, і матеріал стає слабомагнітним — по різаних краях, у глибоко витягнутих кутах, навколо штампованих отворів. Феритні й мартенситні марки взагалі магнітні за визначенням і при цьому є цілком легітимним іноксом. І найголовніше: магніт не розрізняє 304 та 316, бо різниця між ними — молібден.

Як читати маркування

У специфікації вам трапляться дві системи, і варто перекладати їх подумки:

Номер EN	Назва EN	AISI	Що означає
1.4301	X5CrNi18-10	304	Базовий аустенітний: ~18% Cr, ~8% Ni
1.4307	X2CrNi18-9	304L	Той самий, з низьким вмістом вуглецю
1.4401	X5CrNiMo17-12-2	316	З молібденом для стійкості до хлоридів
1.4404	X2CrNiMo17-12-2	316L	316 з низьким вмістом вуглецю
1.4016	X6Cr17	430	Феритний, лише хром, без нікелю
1.4462	X2CrNiMoN22-5-3	2205	Дуплекс

Європейський номер (1.43xx, 1.44xx) — це те, що вказується в сертифікаті та в рахунку-фактурі; американське позначення (304, 316, 430) — це те, про що говорять у цеху. Якщо в документі написано 1.4301, ви купили 304 — незалежно від того, що було сказано усно.

Назва за EN читається буквально: X означає високолеговану сталь, число після нього — вміст вуглецю, помножений на 100, далі йдуть легувальні елементи та їхні відсотки. X5CrNi18-10 = 0,05% вуглецю, 18% хрому, 10% нікелю.

Що означає «L»

L походить від low carbon і не є косметичним доповненням. Стандартні марки допускають приблизно 0,07–0,08% вуглецю; L-марки обмежують його до максимум 0,030%. Причина — зварювання: при витримці приблизно в діапазоні 425–850 °C — єдиної межі немає, BSSA наводить 370–815 °C, Outokumpu — 550–850 °C — вуглець мігрує до меж зерен і з'єднується з хромом, утворюючи карбіди хрому. Цей хром вже не бере участі в утворенні пасивного шару, і вздовж меж зерен залишається зона, збіднена на хром. Явище називається сенсибілізацією, а наслідок — міжкристалітна корозія — «роз'їдання шва».

316L вирішує проблему на вході: нижче 0,030% вуглецю просто не вистачає матеріалу для утворення карбідів, і шов залишається стійким без додаткової термічної обробки. Тому для всього зварного — резервуарів, поручнів, трубопроводів, рам — L-марка є розумним вибором, а не дорожчим капризом.

PREN: число, яке можна порівнювати

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ставить дві марки на одну шкалу:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Формула зважує три елементи, які реально працюють проти точкової корозії: хром входить із коефіцієнтом 1, молібден — 3,3, азот — 16. Підставте склад марок, і стане зрозуміло, чому дуплекс перебуває в іншій категорії, а 430 не є кандидатом для морського середовища. Для власника будинку за півкілометра від пляжу вся ця математика зводиться до одного речення: питайте про 316, а не просто про «інокс».

Важливо розуміти й те, чим PREN не є. Це не термін служби, і показник не враховує ні стан поверхні, ні щілини, ні температуру, ні зварювання. PREN порівнює марки, а не готові вироби.

Поверхні за EN 10088-2

Поверхня — це окрема специфікація з кодом: цифра для типу прокатки (1 — гаряча, 2 — холодна) плюс літера для типу обробки.

Чотири з них покривають майже все. 2B — стандартна холоднокатана поверхня, злегка матова і найширше доступна. 2R (BA, bright annealed) — світловідпалена: дуже гладка й відбиваюча, хоч і не полірована. 2J — шліфована, знайомий «шліфований інокс», US No. 4, з видимим напрямком штриха. 2P — дзеркальне полірування, US No. 8. Коди за EN не є формальними еквівалентами американських номерів — порівняння лише приблизне.

Поверхня — це не лише зовнішній вигляд. Що вона грубіша, то краще утримує сіль, пил і вологу, і то легше виникає «чайне» забарвлення (tea staining) — коричнюватий наліт, який косметичний за суттю, але псує весь вигляд. Австралійська асоціація нержавіючої сталі описує це як типову проблему на відстані до приблизно 5 км від пляжу з прибоєм і до 1 км від спокійної морської води, і рекомендує гладші поверхні на кшталт 2B та BA замість шліфованої No. 4; за менш сприятливих умов — вітер, забруднене повітря, закрита місцевість — забарвлення спостерігається навіть на відстані 20 км від берега. Те саме джерело вважає 316 мінімально прийнятною маркою в п'ятикілометровій смузі. Для морських і зовнішніх архітектурних завдань стандарт пропонує й суворіший код 2K — сатинове полірування з додатковою вимогою до шорсткості нижче 0,5 мкм упоперек штриха.

Звідси два висновки. «Шліфований інокс» — не специфікація: дві шліфовані поверхні з різним абразивом поводяться по-різному, тому вимагайте код і, для вимогливих проєктів, значення Ra. І напрямок штриха — теж частина замовлення: дві панелі зі штрихом у різних напрямках виглядають як різні матеріали при боковому освітленні.

Формування, різання, зварювання

Формування. Аустенітний інокс сильно наклепується: чим більше ви його деформуєте, тим твердішим він стає — більше зусилля преса, більший пружинний ефект і іноді потрібне проміжне відпалювання. Феритний 1.4016 добре гнеться, але з видовженням 18–20% не годиться для глибокого витягування.

Різання. Лазер швидкий і точний, але ріже теплом: за даними переробників, у листа 316L товщиною 10 мм навколо різу залишається термічно уражена зона порядку 0,3–1 мм. Число сильно залежить від режиму й не стандартизоване — сприймайте його як орієнтир, а не гарантію. Гідроабразивна різка ріже холодно — абразив і вода без термічно ураженої зони — і тому їй надають перевагу, коли край залишається відкритим в агресивному середовищі. Штампування та ножиці добре справляються з тонкими листами за умови гострого інструменту: затуплений «розмазує» край і залишає мікротріщини.

Зварювання. TIG та MIG з відповідним присадним матеріалом і захистом кореня аргоном, щоб не окислити зворотний бік шва. Після зварювання термічний колір обов'язково видаляється — травленням, щіткою з нержавіючої сталі або електрохімічно. Аустенітний інокс розширюється приблизно на 16 × 10⁻⁶ 1/К, а до 500 °C — на 18 × 10⁻⁶, тому зварні конструкції стягуються й деформуються більше, ніж очікує людина, звикла до чорної сталі. Зведена таблиця за матеріалами й методами наведена в технічних параметрах матеріалів.

Золоте правило: нічого з вуглецевої сталі

Це правило, яке відрізняє цех, що дійсно працював з іноксом, від цеху, який лише спробував раз. Інструменти для інокса не використовуються для чорної сталі й навпаки.

• Дротяні щітки — лише з нержавіючої сталі (для вимогливих завдань — з 316L) або абразивні підкладки з нетканого матеріалу.
• Окремі диски, напильники, стійки й робочі столи.
• Ніяких сталевих стрічок для пакування і зберігання на іржавих ґратах.
• Іскри від різання чорної сталі поблизу також забруднюють: це частинки гарячого заліза, які вбиваються в поверхню.

Підступність у тому, що проблема проявляється із затримкою: поверхня в цеху виглядає чистою, а іржаві плями з'являються після першого дощу — вже на змонтованому об'єкті.

Травлення й пасивація: дві різні речі

Травлення (pickling) — це кислотна обробка, зазвичай азотною та фтористоводневою кислотами, яка знімає тонкий шар металу разом із окалиною, оксидами, вбудованими частинками заліза й термічним кольором. Воно очищає.

Пасивація — наступна обробка азотною або лимонною кислотою, яка видаляє вільне залізо і сприяє утворенню рівномірного пасивного шару. Вона відновлює захист. Процедури описані в ASTM A380 (очищення, деоксидація, травлення й пасивація) та ASTM A967 (хімічна пасивація); у харчовій та фармацевтичній промисловості лимонна кислота дедалі частіше витісняє азотну.

Порядок важливий: пасивація не справляється з термічним кольором чи окалиною — спочатку потрібне травлення. І вона не «додає» покриття, а розчищає шлях, щоб матеріал зробив своє.

Догляд: «нержавіюча» не означає «без турботи»

Інокс не потребує фарбування, але потребує миття. Пасивний шар справляється з усім, якщо сіль і бруд не залишаються на ньому надовго.

• Дощ — безкоштовний догляд. Корозія з'являється насамперед під козирками, у нішах дверей, з нижнього боку ручок і профілів — там, куди дощ не потрапляє, а сіль потрапляє.
• Вода і м'який нейтральний засіб, ополіскування, витирання за напрямком штриха.
• Ніколи хлорні засоби та соляну кислоту. Відбілювач і засоби для чищення швів — найчастіша причина плям на іноксі в побутових умовах.
• Частота залежить від середовища: інтер'єр — рідко; міське середовище — періодично; морське узбережжя й зимові засолені вулиці — значно частіше.

Коли елемент є частиною дверей чи фасаду, монтаж і догляд ідуть разом — що входить в одне, а що залишається на власника, описано в розділі послуги.

Де використовують інокс

• Харчова та фармацевтична промисловість. Немає покриття, яке могло б відлущитися в продукт, поверхня миється агресивними засобами й високими температурами, а гладкі поверхні (2B, BA) не затримують залишків. Шви шліфують і пасивують саме для того, щоб не було щілин.
• Морське середовище та архітектура. 316 і дуплекс для офшорних конструкцій; фасадне облицювання, поручні й дахи, які служать десятиліттями без перефарбування.
• Кухні, побутова техніка та медицина. Мийки й стільниці з 304; барабани та внутрішні панелі часто з 430, бо середовище контрольоване; мартенситні марки для ріжучих інструментів.
• Будівництво та віконно-дверні конструкції. Кріплення, анкери, обшивки й декоративні накладки — зокрема вставки та смуги на вхідних дверях.

Поширені хибні уявлення

1. «Інокс не іржавіє». Іржавіє — при хлоридах, у щілинах і при забрудненні залізом. Просто не так, як чорна сталь.
2. «Дорожча марка завжди краща». 316 у сухому інтер'єрі — витрачений ресурс без ефекту; 430 на морському узбережжі — помилка.
3. «Подряпина псує інокс назавжди». Пасивний шар відновлюється; проблема косметична, особливо помітна впоперек штриха.
4. Змішані марки в одному вузлі. Лицьова поверхня з 316 із кріпленнями з нижчої марки знижує стійкість усього виробу до рівня слабшого елемента — саме в щілинах.

Як читати специфікацію на інокс

1. Марка за номером EN (1.4301, 1.4401, 1.4404…), а не лише AISI і не просто «інокс».
2. Рівень вуглецю — L або стандартна марка, якщо виріб зварюється.
3. Товщина і допуск.
4. Код поверхні за EN 10088-2 (2B, 2R/BA, 2J, 2P) та напрямок штриха для шліфованих виконань.
5. Захисна плівка — чи є, скільки залишається, чи витримує сонце.
6. Спосіб різання та обробка краю.
7. Обробка після зварювання — травлення та/або пасивація.
8. Інспекційний сертифікат 3.1 за EN 10204 — вимагайте його явно: з видання EN 10088-2 від 2014 року документом за замовчуванням є протокол 2.2.

Коротко. Інокс — це сталь із щонайменше 10,5% хрому, яка сама створює собі покриття з оксиду хрому товщиною 1–3 нанометри й сама його відновлює — за умови наявності кисню. Все інше — наслідки: хлориди пробивають плівку точково, кисневе голодування під накладаннями та ущільненнями — друга причина корозії, а частинки вуглецевої сталі — третя. Родина визначає магнітність, здатність до формування й ціну; PREN дає порівнювану шкалу; код за EN 10088-2 описує поверхню, яка впливає і на вигляд, і на стійкість до корозії.

Про вибір марки й поверхні для декоративної панелі читайте в матеріалі про бонд та інокс панелі, а про лицьові матеріали — в розділі матеріали. Готові моделі — в каталозі; коли поєднання марки, поверхні та вставок має бути нестандартним, панелі виготовляються за розміром від українського... тобто болгарського виробника — дивіться замовлення за проєктом або часті запитання.