Nerđajući čelik
Nerđajući čelik, ili kako ga često žargonski nazivaju rostfraj, inoks, prohrom (nem. Rostfreier Stahl — „nerđajući čelik”), je čelik legiran u prvom redu hromom i niklom, koji sačinjavaju najmanje 10,5%.[1][2][3] Nerđajući čelik je poznat po otpornosti na rđanje, te se između ostalog koristi za pribor za hranu.
| Lična karta: | |
|---|---|
|
|
| Fizičko-hemijske osobine: | |
|
|
| Alotropske modifikacije železa: | |
|
|
| Mikrokonstituenti u čeliku i gvožđu: | |
Nerđajući čelik ne korodira odmah, ne rđa niti se mrlja vodom kao ostali čelici. Ipak, nije potpuno otporan na mrlje u nisko-oksidiranim, visoko-slanim, niti u okolinama sa slabom cirkulacijom vazduha.[4]
Za smanjenje mrljanja, podloga nerđajućeg čelika mora se držati čistom tokom procesa starenja kada kiseonik reaguje s podlogom pri formiranju zaštitnog sloja hrom-oksida. Jednom kada se desi ovaj proces, površina postaje dosta otpornija na mrlje.[5]
Postoje različiti stepeni i završne obrade površine nerđajućeg čelika koji odgovaraju okolini koju legura mora podneti. Nerđajući čelik se koristi gde su potrebna mehanička svojstva čelika i otpornost na koroziju.
Nerđajući čelik se razlikuje od ugljeničnog čelika po sadržaju hroma. Nezaštićeni ugljenični čelik rđa odmah pod uticajem vazduha i vlage. Ovaj film od željeznog oksida (rđa) aktivan je i ubrzava koroziju što olakšava kreiranje dodatnog željeznog oksida. Pošto željezni oksid ima nižu gustinu od čelika, sloj se širi i teži da se ljušti i otpada. Uporedo, nerđajući čelici sadrže dovoljno hroma da bi se podvrgli pasivizaciji, praveći inertan sloj hrom-oksida na površini. Ovaj sloj sprečava dalju koroziju blokiranjem difuzije kiseonika na površinu čelika i zaustavlja širenje korozije unutar glavnine metala.[6] Pasivizacija se dešava samo kada je odnos hroma dovoljno visok i kada je u njemu prisutan kiseonik.
Otpornost nerđajućeg čelika na koroziju i mrlje, lako održavanje i familijaran sjaj čine ga idealnim materijalom za višestruke namene. Legura se topi u namotaje, ploče, listove, trake, žice i cevi da bi se potom koristila u kuhinji, escajgu, domaćinstvu, za instrumente u medicini, u velikim aparatima, u industrijskoj opremi (na primer, u rafinerijama šećera) te kao automobilska i vazdušna konstrukcijska legura i konstrukcijski materijal za velike zgrade. Rezervoari za skladištenje i tankeri koji se koriste za transport soka i ostale hrane obično su napravljeni od nerđajućeg čelika, zbog otpornosti na koroziju. Ovo takođe utiče na upotrebu u komercijalnim kuhinjama i pogonima za obradu hrane, jer se inoks može parno očistiti i sterilizovati te ne zahteva bojenje (farbanje) niti ostale obrade površine.
Etimologija
urediReč inoks dolazi od francuske reči inoxydable, što znači „neoksidirajući”. Koristi se i naziv rostfraj, od nemačke reči Rostfrei, što znači „otporan na rđanje”. Naziv prohrom dolazi zbog visokog udela hroma u ovom čeliku.
Osobine
uredi
Nerđajući čelici poseduju niz izuzetnih osobina koje ih razlikuju od ostalih klasa čelika. Kao prvo koroziono su rezistentni, zahvaljujući prvenstveno uticaju legirajućeg elementa hroma, u širokom spektru koroziono agresivnih sredina. Ništa manje neobična osobina je nemagnetičnost austenitnih nerđajućih čelika koju duguju u prvom redu niklu kao legirajućem elementu, koji stabilizuje visokotemperaturnu, nemagnetičnu, površinski centriranu kubnu modifikaciju železa - austenit.
Oksidacija
urediVisoka otpornost na oksidaciju u vazduhu pri temperaturi ambijenta normalno se postiže sa dodatkom od najmanje 13% (po težini) hroma, te do 26% u grubim sredinama.[7] Hrom formira sloj pasivizacije od hrom(III) oksida (Cr2O3) kada se izloži kiseoniku. Sloj je pretanak da bi se video, dok metal ostaje glatak i sjajan. Sloj je otporan na vodu i vazduh, štiteći metal ispod, te se ovaj sloj brzo reformira ako je površina ogrebana. Ova pojava se naziva pasivizacića te je prisutna i kod ostalih metala, kao što su aluminijum i titanijum. Na otpornost na koroziju može se negativno uticati ako se komponenta koristi u neoksigeniziranoj sredini, tipični primer su podvodni vijci kobilice zakopani u drvo.
Kada se delovi nerđajućeg čelika, kao što su zavrtke i vijci, forsiraju zajedno, sloj oksida se može sastrugati, omogućavajući da se dva dela zavare zajedno. Kada se nasilno odvoje, zavareni materijal može biti rastrgan i poderan, destruktivan učinak poznat kao habanje. Habanje se može izbeći korištenjem različitih materijala za delove koji se spajaju, na primer bronza i nerđajući čelik, ili čak različiti tipovi nerđajućih čelika (martenzitni nasuprot austenitnog). Ipak, dve različite legure električno spojene u vlažnoj, čak blago kiseloj okolini mogu se ponašati kao voltin stub i korodiraju brže. Legure s azotom, napravljene selektivnim legiranjem s manganom i azotom, mogu imati smanjenu težnju za habanjem. Dodatno, navojne veze mogu biti podmazane da omoguće film između dva dela i spreče habanje. Niskotemperaturno karburizovanje je sledeća opcija koja virtuelno eliminiše habanje i dopušta korištenje sličnih materijala bez rizika od korozije i potrebe za podmazivanjem.
Kiseline
urediNerđajući čelik je generalno visokootporan na nagrizanja kiselina, ali ovaj kvalitet zavisi od vrste i koncentracije kiseline, temperature okoline i vrste čelika. Tip 904 je otporan na sumpornu kiselinu na sobnoj temperaturi, čak i u velikim koncentracijama; tipovi 316 i 317 su otporni ispod 10%; i tip 304 ne treba koristiti u prisustvu sumporne kiseline pri bilo kojoj koncentraciji. Sve vrste nerđajućih čelika otporne su na fosfornu kiselinu, tipovi 316 i 317 više nego 304; tipovi 304L i 430 su bili uspešno korišteni sa nitratnom kiselinom. Hlorovodonična kiselina oštećuje bilo koji nerđajući čelik, te je treba izbegavati.[8]
Baze
urediSerije 300 nerđajućih čelika nisu pod uticajem bilo koje slabe baze poput amonijum-hidroksida, čak i u velikim koncentracijama i visokim temperaturama. Isti razredi nerđajućeg čelika izloženi jačim bazama poput natrijum-hidroksida pri velikim koncentracijama i visokim temperaturama će najverovatnije iskusiti pucanje, naročito sa rastvorima koji sadrže hloride poput natrijum hipohlorita.[8]
Organska jedinjenja
urediTipovi 316 i 317 su korisni za skladištenje i upravljanje sirćetnom kiselinom, posebno u rastvorima gde je kombinovana sa mravljom kiselinom i kada provetravanje nije prisutno (kiseonik pomaže zaštititi nerđajućeg čelika pod takvim uslovima), mada 317 daje najveći nivo otpornosti na koroziju. Tip 304 je takođe često korišten sa mravljom kiselinom mada teži da obezboji rastvor. Svi razredi imaju otpornost na štetu od aldehida i amina, mada u drugom slučaju razred 316 je bolji od 304; celulozni acetat će oštetiti 304 osim ako se temperatura ne drži niskom. Masti i masne kiseline utiču samo na razred 304 pri temperaturama ispod 150 °C, a razred 316 iznad 260 °C, dok 317 nije pod uticajem pri bilo kojim temperaturama. Tip 316L je potreban za procesovanje uree.[8]
Elektromagnetizam
uredi
Kao i čelik, nerđajući čelik je relativno loš provodnik elektriciteta, sa značajno nižom električnom provodnosti od bakra. Ostali metali u kontaktu s nerđajućim čelikom, posebno u vlažnom i kiselom okruženju, mogu trpeti elektrohemijsku koroziju čak i kada je nerđajući metal van uticaja.
Feritni i martenzitni nerđajući čelici su magnetični. Prekaljeni austenitni nerđajući čelici su nemagnetični. Izvlačenje može učiniti austenitni nerđajući čelik blago magnetičnim.
Hemijski sastav
urediNajčešće korišćeni nerđajući čelik u svakodnevnom životu je svakako X5CrNi18-10 (DIN Oznaka 1.4301, 18/10). Radi se o još 1912. godine patentiranom „V2A“ (nem. Versuchsschmelze 2 Austenit = Probni rastop broj 2), relativno mekom, niklom i hromom legiranom, nemagnetičnom, po mikrostrukturi austenitnom čeliku, koji se i danas upotrebljava za izradu posuđa i sl.[9]
Za alate i sečiva koriste se tvrđi martenzitno-feritni čelici koji pored hroma sadrže vanadijum i molibden i za razliku od austenitnih nerđajućih čelika, magnetični su. Tipične legure tog tipa su: X30Cr13 i X50CrMoV15.
Otpornost nerđajućih čelika prema koroziji opada sa povećanjem masenog udela ugljenika. Zbog visokog afiniteta ka stvaranju karbida hrom difunduje u oblast granica zrna gde stvara krti hrom karbid. Pošto antikorozivno svojstvo nerđajućih čelika u prvom redu obezbeđuje hrom kao legirajući element, osiromašenje osnove hromom uzrokuje manju otpornost na interkristalnu koroziju (vidi sliku 3). Da bi se sprečilo izdvajanje neželjenog hrom-karbida dodaju se Nb ili Ti koji imaju veći afinitet prema ugljeniku od hroma. Na taj način stabilizovani čisto feritni čelici sa 12 do 18% hroma kao X2CrTi12 (1.4512), X2CrTiNb18 (1.4509), X3CrTi17(1.4510) predstavljaju danas najvažniju grupu nerđajućih čelika sa širokom upotrebom.
Standardi
uredi| EN-Norma
Identifikacioni broj materijala |
EN-Norma
Skraćenica |
ASTM/AISI
Oznaka |
US-Norma |
|---|---|---|---|
| 1.4016 | X6Cr17 | 430 | S43000 |
| 1.4509 | X2CrTiNb18 | 441 | S44100 |
| 1.4510 | X3CrTi17 | 439 | |
| 1.4512 | X2CrTi12 (alt X6 CrTi 12) | 409 | S40900 |
| 1.4526 | X6CrMoNb17-1 | 436 | S43600 |
| 1.4310 | X10CrNi18-8 (alt X12 CrNi17 7) | 301 | S30100 |
| 1.4318 | X2CrNiN18-7 | 301LN | |
| 1.4307 | X2CrNi18-9 | 304L | S30403 |
| 1.4306 | X2CrNi19-11 | 304L | S30403 |
| 1.4311 | X2CrNiN18-10 | 304LN | S30453 |
| 1.4301 | X5CrNi18-10 | 304 | S30400 |
| 1.4948 | X6CrNi18-11 | 304H | S30409 |
| 1.4303 | X4CrNi18-12 (alt X5 CrNi18 12) | 305 | S30500 |
| 1.4541 | X6CrNiTi18-10 | 321 | S32100 |
| 1.4878 | X10CrNiTi18-10 (alt X12 CrNiTi18 9) | 321H | S32109 |
| 1.4404 | X2CrNiMo17-12-2 | 316L | S31603 |
| 1.4401 | X5CrNiMo17-12-2 | 316 | S31600 |
| 1.4406 | X2CrNiMoN17-11-2 | 316LN | S31653 |
| 1.4432 | X2CrNiMo17-12-3 | 316L | S31603 |
| 1.4435 | X2CrNiMo18-14-3 | 316L | S31603 |
| 1.4436 | X3CrNiMo17-13-3 | 316 | S31600 |
| 1.4571 | X6CrNiMoTi17-12-2 | 316Ti | S31635 |
| 1.4429 | X2CrNiMoN17-13-3 | 316LN | S31653 |
| 1.4438 | X2CrNiMo18-15-4 | 317L | S31703 |
| 1.4539 | X1NiCrMoCu25-20-5 | 904L | N08904 |
| 1.4547 | X1CrNiMoCuN20-18-7 | S31254 |
U tabeli 1 su dati opšti podaci o standardnim oznakama nerđajućih čelika.
Primena
urediPrimena nerđajućih čelika je u današnje vreme veoma raznolika najčešće se koristi u prehrambenoj industriji (AISI 304) zbog svojih nerđajućih i anti magnetičkih svojstava a samim tim i visokog stepena sterilnosti materijala.
U novije vreme na tržištu je dosta dostupan u kvalitetu (AISI 430) koji se dosta uspešno koristi za dekorativne svrhe kad je reč o opremanju enterijera i prostora koji nisu izloženi agresivnim atmosferskim uticajima. Kod ovog kvaliteta je specifično to što nije anti magnetan i nema toliki stepen otpornosti kao 304 ali je istovremeno i cena na tržištu znatno niža, ovaj nerđajući čelik se još popularno naziva i vodootporni.
Reference
uredi- ^ „The Stainless Steel Family” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 21. 7. 2011. g. Pristupljeno 12. 11. 2009.
- ^ „Steel Glossary”. American Iron and Steel Institute (AISI). Pristupljeno 21. 10. 2008.
- ^ „The Stainless Steel Family” (PDF). Pristupljeno 8. 12. 2012.
- ^ „Why is Stainless Steel Stainless?”. Arhivirano iz originala 28. 9. 2013. g. Pristupljeno 6. 9. 2013.
- ^ Katy Graepel "Perforated Stainless Steel". Graepels.com. Datum prikaza 13. 6. 2017.
- ^ Jianhai Qiu. "Stainless Steels and Alloys: Why They Resist Corrosion and How They Fail". Corrosionclinic.com. Prikazano 29. 6. 2012.
- ^ Ashby, Michael F.; David R. H. Jones (1992) [1986]. „Chapter 12”. Engineering Materials 2 (with corrections izd.). Oxford: Pergamon Press. str. 119. ISBN 978-0-08-032532-3.
- ^ a b v Davis (1994), Stainless Steels, Joseph R., ASM International, str. 118, ISBN 978-0-87170-503-7
- ^ „Why is Stainless Steel Stainless?”. Arhivirano iz originala 26. 1. 2009. g. Pristupljeno 20. 12. 2008..
Literatura
uredi- Ashby, Michael F.; David R. H. Jones (1992) [1986]. „Chapter 12”. Engineering Materials 2 (with corrections izd.). Oxford: Pergamon Press. str. 119. ISBN 978-0-08-032532-3.
