Какво е инокс: пасивен слой, марки и повърхности

С думата „инокс“ наричаме и мивката в кухнята, и парапета на терасата, и лентата върху входната врата. Всъщност това е цяло семейство стомани с различен състав, различна цена и много различно поведение, когато въздухът наоколо е солен.

Тази статия е за инокса като материал: какво го прави неръждаем, защо всичко опира до слой с дебелина няколко нанометра, как се чете обозначението и какво се случва с метала, когато го режете, огъвате, заварявате и чистите. Ако сравнявате 304 и 316 като лице на декоративен панел, това е в бонд и инокс панели. Тук слизаме едно ниво по-надолу — в металургията.

Думата е френска и е обещание

„Инокс“ идва от френското inoxydable — „неокисляем“; в българския влиза през търговията. Английското stainless обещава по-скромно: „не се петни“. Френската дума обещава повече, отколкото металът може да изпълни.

И тук е първият парадокс. Иноксът се окислява — мигновено, в мига, в който срещне въздух — и точно това го спасява. Обещанието не е „не реагира с кислорода“, а „реагира толкова бързо и подредено, че се самозапечатва“. Като език „инокс“ е неточна дума; като механика описва правилното нещо с обратен знак.

Историята е къса: Пиер Бертие забелязва киселинната устойчивост на желязо-хромните сплави през 1821 г., а през 1913 г. британецът Хари Брирли открива, че високохромната му проба просто не ръждясва.

Определението е число: 10,5% хром

„Неръждаема“ не е описателно понятие, а дефиниция със стойност. По EN 10088-1 една стомана е неръждаема, когато съдържа минимум 10,5% хром по маса и максимум 1,2% въглерод. Под този праг оксидният филм по повърхността е накъсан и порест — има го на места, няма го на други, и корозията минава през дупките. Над прага филмът става непрекъснат.

Затова 10,5% не е кръгло число от каталог, а граница на поведение. На практика най-разпространените марки започват доста над този минимум — при 16–18% хром.

Пасивният слой: няколко нанометра, които решават всичко

Когато хромът в стоманата срещне кислород, той образува хромен оксид — плътен, здраво сцепен и химически стабилен филм с дебелина 1–3 нанометра (Outokumpu дава 1–3 nm, ISSF — 2–3 nm). За мащаб: лист хартия от 0,1 mm е около 40 000 пъти по-дебел. Филмът е прозрачен, не се вижда и не се напипва — блясъкът, който наричаме „инокс“, е на метала под него. Механизмът е описан подробно от Британската асоциация за неръждаема стомана.

Разликата с боята е принципна. Боята е слой, сложен отгоре: издраскате ли я, дупката си остава дупка и оттам започва ръждата. Пасивният слой материалът произвежда сам от себе си — издраскате ли го, хромът на прясно откритата повърхност реагира с кислорода наоколо и филмът се затваря отново. Това е единственото „покритие“, което се ремонтира само.

Условието обаче е едно и е съществено: трябва да има кислород. Самовъзстановяването е химична реакция и ѝ трябва реагент. Инокс, който стои под наслагване, под уплътнение или в застояла вода без достъп на въздух, губи способността си да се лекува точно там, където най-много му трябва.

Какво разрушава пасивния слой

Практически всички проблеми с инокса са проблеми на този филм. Четири механизма обясняват почти всичко, което може да се обърка:

• Хлориди. Хлоридният йон е малък и агресивен и пробива филма точково, а не равномерно. Резултатът е точкова корозия — тъмна ямка, която расте навътре, докато повърхността наоколо изглежда наред. Източниците са познати: морска сол във въздуха, зимна сол по настилката, хлорирана вода в басейн, хлорни препарати за баня.
• Кислороден глад. Под наслагване, под шайба, зад уплътнение влагата стои, кислородът е малко и филмът не може да се възстанови. Това е процепна корозия — причината иноксът често да поддаде там, където изглежда най-защитен.
• Замърсяване с въглеродна стомана. Микроскопични частици обикновено желязо, оставени от телена четка, шлифовъчен диск или обикновен работен плот, ръждясват сами и започват локална атака. Петното се появява дни по-късно и вината обикновено се приписва на „лош инокс“.
• Топлинен цвят след заваряване. Синкаво-кафявите разноцветия около шева са окисна ципа, под която стоманата е обедняла на хром — ако не се отстрани, тя е слабото място на изделието.

Четирите семейства и защо се различават

Иноксът се дели на семейства според кристалната си структура, а тя — от състава. Семейството решава магнитността, огъването, заваряването и цената.

Аустенитни (серия 300)

Най-разпространеното семейство — тук са 1.4301 (304) и 1.4401 (316). Съдържат хром и никел; никелът стабилизира аустенитната структура и ѝ дава характерните свойства: отлична пластичност, отлична заваряемост и в отгрято състояние — практическа немагнитност. По EN 10088-2 за 1.4301 студеновалцуваната лента се декларира с Rp0,2 ≥ 230 MPa и Rm 540–750 MPa (горещовалцуваният лист — 210 и 520–720 MPa), при удължение ≥ 45%. По EN 10088-1 топлопроводимостта при 20 °C е 15 W/(m·K), а средният коефициент на топлинно разширение — 16 × 10⁻⁶ 1/K за 20–100 °C и 18 × 10⁻⁶ към 500 °C. (Американските листове за 304 обикновено дават 16 и 17,3 — оттам идва половината объркване в спецификациите.)

Обратната страна: наклепва се силно при студена обработка, а никелът е борсова стока — затова листът от 304 поскъпва и поевтинява по причини извън вашия проект.

Феритни (серия 400)

Класическият представител е 1.4016 (430): 16–18% хром, максимум 0,08% въглерод и без никел. Липсата на никел прави марката по-евтина и с далеч по-стабилна цена. Феритният инокс е магнитен, провежда топлина по-добре (≈25 W/(m·K)) и се разширява по-малко (10,0–11,0 × 10⁻⁶ 1/K) — предимство при заваряване, защото деформира по-малко. Механично: Rp0,2 240–260 MPa, Rm 430–600 MPa (при дебел лист 430–630), но удължение само 18–20%.

Ниското удължение е ограничение: 430 се огъва добре, но не понася дълбоко изтегляне. По-важно е корозионното — 1.4016 е за интериор и слабо агресивна среда: бяла техника, кухненски уреди, декоративни детайли, димоотводи. Близо до морето разликата се вижда още първата година.

Мартензитни

Тук са 1.4021 (X20Cr13, AISI 420) с 12–14% хром и 0,16–0,25% въглерод и по-въглеродният 1.4028 (X30Cr13, 0,26–0,35% C). Високият въглерод позволява закаляване. EN 10088 не задава твърдост, а състояния (+QT) в MPa; по данни на производителите 1.4021 достига около 46–50 HRC, а 1.4028 — 50–54 HRC. Оттам и приложенията: ножове, хирургически инструменти, валове, части за помпи и клапани.

Цената за твърдостта е корозионна устойчивост: по-малко хром и повече въглерод означават по-слаб пасивен слой — затова кухненският нож ръждясва, ако остане мокър в мивката, докато мивката около него не.

Дуплекс

Дуплексът е смес от аустенит и ферит в приблизително равни части. По EN 10088 марката 1.4462 съдържа 21–23% хром, 4,5–6,5% никел, 2,5–3,5% молибден и 0,10–0,22% азот. Тук има капан, който струва пари: американското UNS S32205 стеснява същите граници до 22–23% Cr, 3,0–3,5% Mo и 0,14–0,20% N, така че лист, сертифициран по 1.4462, не покрива автоматично S32205. Резултатът е около двойно по-висока граница на провлачване спрямо 316 при по-малко никел и много висока устойчивост на хлориди — химическа промишленост, морски конструкции, резервоари, мостове. Не е „по-добър инокс“ за всичко: по-труден е за формоване и изисква по-строг контрол при заваряване.

Магнитът не е тест за марка

Най-разпространеният цехови мит: „ако лепне магнит, не е истински инокс“. Отгрятият аустенитен инокс наистина е практически немагнитен, но след студена обработка част от аустенита се превръща в мартензит и материалът става слабо магнитен — по рязаните ръбове, в дълбоко изтеглените ъгли, около щанцованите отвори. Феритните и мартензитните марки пък са магнитни по определение и въпреки това са напълно легитимен инокс. И най-важното: магнитът не различава 304 от 316, защото разликата е молибден.

Как се чете обозначението

В една спецификация ще срещнете две системи и е добре да ги превеждате наум:

EN номер	EN име	AISI	Какво значи
1.4301	X5CrNi18-10	304	Базовият аустенитен: ~18% Cr, ~8% Ni
1.4307	X2CrNi18-9	304L	Същият, с нисък въглерод
1.4401	X5CrNiMo17-12-2	316	С молибден за устойчивост на хлориди
1.4404	X2CrNiMo17-12-2	316L	316 с нисък въглерод
1.4016	X6Cr17	430	Феритен, само хром, без никел
1.4462	X2CrNiMoN22-5-3	2205	Дуплекс

Европейският номер (1.43xx, 1.44xx) е това, което влиза в сертификата и във фактурата; американското обозначение (304, 316, 430) е това, което се говори в цеха. Ако в документа пише 1.4301, купили сте 304 — независимо какво е било казано устно.

Името по EN се чете буквално: X означава високолегирана стомана, числото след него е въглеродът, умножен по 100, следват легиращите елементи и процентите им. X5CrNi18-10 = 0,05% въглерод, 18% хром, 10% никел.

Какво значи „L“

L е от low carbon и не е козметична добавка. Стандартните марки допускат около 0,07–0,08% въглерод; L-марките го ограничават до максимум 0,030%. Причината е заваряването: при задържане приблизително в диапазона 425–850 °C — единна граница няма, BSSA дава 370–815 °C, Outokumpu 550–850 °C — въглеродът мигрира към границите на зърната и се свързва с хрома в хромни карбиди. Този хром вече не участва в пасивния слой и покрай границите остава зона, обедняла на хром. Явлението се нарича сенсибилизация, а последицата е междукристална корозия — „разяждане на шева“.

316L решава проблема на входа: под 0,030% въглерод няма достатъчно материал за карбиди и шевът остава устойчив без допълнителна термична обработка. Затова за всичко заварено — резервоари, парапети, тръбопроводи, рамки — L-марката е разумният избор, а не по-скъпият каприз.

PREN: число, което може да се сравнява

PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) поставя две марки на една скала:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N

Формулата тежи трите елемента, които реално работят срещу точковата корозия: хромът влиза с коефициент 1, молибденът — с 3,3, азотът — с 16. Заместете състава на марките и се вижда защо дуплексът е в друга категория, а 430 не е кандидат за морска среда. За собственик на къща на половин километър от плажа цялата тази математика се свежда до едно изречение: питайте за 316, а не просто за „инокс“.

Важно е и какво PREN не е. Не е срок на живот и не отчита нито повърхността, нито процепите, нито температурата, нито заваряването. PREN сравнява марки, не изделия.

Повърхности по EN 10088-2

Повърхността е отделна спецификация с код: цифра за валцуването (1 — горещо, 2 — студено) плюс буква за обработката.

Четири от тях покриват почти всичко. 2B е стандартната студеновалцувана повърхност — леко матова и най-широко достъпната. 2R (BA, bright annealed) е светло отгрята: много гладка и отразяваща, без да е полирана. 2J е четкана — познатият „шлайфан инокс“, US No. 4, с видима посока на щриха. 2P е огледалното полиране, US No. 8. Кодовете по EN не са формални еквиваленти на американските номера — сравнението е приблизително.

Повърхността не е само външен вид. Колкото по-грапава е, толкова по-добре задържа сол, прах и влага и толкова по-лесно се стига до чаено оцветяване (tea staining) — кафеникав налеп, който е козметичен, но разваля всичко. Австралийската асоциация за неръждаема стомана го описва като типичен проблем до около 5 km от плаж с прибой и до 1 km от спокойна морска вода и препоръчва по-гладки повърхности като 2B и BA пред четкана No. 4; при по-неблагоприятни условия — вятър, замърсен въздух, закътано място — оцветяване се наблюдава и на 20 km от брега. Същият източник приема 316 за минимум в петкилометровата ивица. За морски и външни архитектурни задачи стандартът предлага и по-строгия код 2K — сатенено полиране с допълнително изискване за грапавост под 0,5 µm напречно на щриха.

Оттук и две следствия. „Четкан инокс“ не е спецификация — две четкани повърхности с различен абразив се държат различно, затова искайте кода и, при взискателни проекти, стойността на Ra. И посоката на щриха е част от поръчката: два панела с щрих в различни посоки изглеждат като различни материали при странична светлина.

Формоване, рязане, заваряване

Формоване. Аустенитният инокс се наклепва силно: колкото повече го деформирате, толкова по-твърд става — по-голямо усилие на пресата, по-голям пружиниращ ефект и понякога междинно отгряване. Феритният 1.4016 се огъва добре, но с удължение 18–20% не е материал за дълбоко изтегляне.

Рязане. Лазерът е бърз и точен, но реже с топлина: по данни на преработватели при лист 316L с дебелина 10 mm около среза остава топлинно повлияна зона от порядъка на 0,3 до 1 mm. Числото зависи силно от режима и не е стандартизирано — приемете го като порядък, не като гаранция. Водната струя реже студено — абразив и вода, без топлинно повлияна зона — и затова се предпочита, когато ръбът остава открит в агресивна среда. Щанцоването и ножицата вършат отлична работа при тънки листове, стига инструментът да е остър: притъпеният „размазва“ ръба и оставя микропукнатини.

Заваряване. TIG и MIG с подходящ добавъчен материал и защита на корена с аргон, за да не окисли обратната страна на шева. След заваряване топлинният цвят задължително се отстранява — с байцване, с четка от неръждаема стомана или електрохимично. Аустенитният инокс се разширява около 16 × 10⁻⁶ 1/K, а към 500 °C — 18 × 10⁻⁶, и затова заварените конструкции се стягат и деформират повече, отколкото очаква човек, свикнал с черна стомана. Обобщената матрица по материали и методи е в техническите параметри на материалите.

Златното правило: нищо от въглеродна стомана

Това е правилото, което отличава цех, работил с инокс, от цех, който го е пробвал веднъж. Инструментите за инокс не се използват за черна стомана и обратно.

• Телени четки — само от неръждаема стомана (при взискателни задачи от 316L) или абразивни подложки от нетъкан материал.
• Отделни дискове, пили, стойки и работни маси.
• Без стоманени ленти за пакетиране и без съхранение върху ръждиви скари.
• Искрите от рязане на черна стомана наблизо също замърсяват: те са частици горещо желязо, които се забиват в повърхността.

Коварното е закъснението: повърхността изглежда чиста в цеха, а ръждивите точки се появяват след първия дъжд — върху монтиран обект.

Байцване и пасивиране: две различни неща

Байцването (pickling) е киселинна обработка — обикновено с азотна и флуороводородна киселина — която сваля тънък слой метал заедно с окалината, оксидите, вградените железни частици и топлинния цвят. То изчиства.

Пасивирането е последваща обработка с азотна или лимонена киселина, която премахва свободното желязо и подпомага образуването на равномерен пасивен слой. То възстановява защитата. Процедурите са описани в ASTM A380 (почистване, обезокисляване, байцване и пасивиране) и ASTM A967 (химично пасивиране); в хранителната и фармацевтичната промишленост лимонената киселина все повече измества азотната.

Редът е важен: пасивирането не се справя с топлинен цвят или окалина — първо се байцва. И то не „добавя“ покритие, а разчиства пътя на материала да си направи своето.

Поддръжка: „неръждаема“ не значи „без грижа“

Иноксът няма нужда от боядисване, но има нужда от измиване. Пасивният слой се справя с всичко, стига солта и мръсотията да не престояват върху него.

• Дъждът е безплатна поддръжка. Корозията се появява първо под козирки, в нишите на вратата, от долната страна на дръжки и профили — там, където дъждът не стига, а солта стига.
• Вода и мек неутрален препарат, изплакване, избърсване по посока на щриха.
• Никога хлорни препарати и солна киселина. Белината и препаратите за фуги са най-честата причина за петна по инокс в домашни условия.
• Честотата следва средата: интериор — рядко; градска среда — периодично; морски бряг и зимно осолени улици — значително по-често.

Когато елементът е част от врата или фасада, монтажът и поддръжката вървят заедно — какво влиза в едното и какво остава за собственика, е описано в услугите.

Къде се използва инокс

• Хранителна и фармацевтична промишленост. Няма покритие, което да се отлюспи в продукта, повърхността се мие с агресивни препарати и високи температури, а гладките повърхности (2B, BA) не задържат остатъци. Шевовете се шлайфат и пасивират именно за да няма процепи.
• Морска среда и архитектура. 316 и дуплекс за офшорни конструкции; фасадни облицовки, парапети и покриви, които издържат десетилетия без пребоядисване.
• Кухни, бяла техника и медицина. Мивки и плотове от 304; барабани и вътрешни панели често от 430, защото средата е контролирана; мартензитни марки за режещи инструменти.
• Строителство и дограма. Крепежи, анкери, обшивки и декоративни лица — включително вложки и ленти върху входни врати.

Чести заблуди

1. „Иноксът не ръждясва.“ Ръждясва — при хлориди, в процепи и при замърсяване с желязо. Просто не по същия начин като черната стомана.
2. „По-скъпата марка е винаги по-добра.“ 316 в сух интериор е похарчен ресурс без ефект; 430 на морския бряг е грешка.
3. „Драскотината съсипва инокса.“ Пасивният слой се възстановява; проблемът е козметичен, особено видим напречно на щриха.
4. Смесени марки в един възел. Лице от 316 с крепежи от по-ниска марка сваля изделието до по-слабия елемент — точно в процепите.

Как се чете спецификация за инокс

1. Марка по EN номер (1.4301, 1.4401, 1.4404…), не само AISI и не само „инокс“.
2. Ниво на въглерода — L или стандартна марка, ако изделието се заварява.
3. Дебелина и допуск.
4. Код на повърхността по EN 10088-2 (2B, 2R/BA, 2J, 2P) и посока на щриха при четкани изпълнения.
5. Защитно фолио — има ли, докога остава, издържа ли на слънце.
6. Начин на рязане и обработка на ръба.
7. Обработка след заваряване — байцване и/или пасивиране.
8. Инспекционен сертификат 3.1 по EN 10204 — поискайте го изрично: от изданието на EN 10088-2 от 2014 г. документът по подразбиране е протокол 2.2.

Накратко. Иноксът е стомана с поне 10,5% хром, която сама си прави покритие от хромен оксид с дебелина 1–3 нанометра и сама си го поправя — стига да има кислород. Останалото са следствия: хлоридите пробиват филма точково, кислородният глад под наслагвания и уплътнения е втората причина за корозия, а частиците въглеродна стомана — третата. Семейството решава магнитността, формоването и цената; PREN дава сравнима скала; кодът по EN 10088-2 описва повърхността, която влияе и на вида, и на корозията.

За избора на марка и повърхност в декоративен панел вижте бонд и инокс панели, а за лицевите материали — материалите. Готовите модели са в каталога; когато комбинацията от марка, повърхност и вложки трябва да е нестандартна, панелите се произвеждат по размер от български производител — вижте поръчката по проект или често задаваните въпроси.