Неръждаема стомана — свойства, видове, приложения и история

Неръждаема стомана (инокс) — свойства, видове, приложения и история: практически наръчник за избор на класове, устойчивост и употреби в кухнята, промишлеността и авиацията.

Неръждаемата стомана, известна също като иноксова стомана, е стоманена сплав с минимум 10,5–11% масово съдържание на хром. Хромът образува върху повърхността тънък, пасивен оксиден филм, който значително повишава устойчивостта на корозия и намалява склонността към ръждясване в сравнение с обикновената въглеродна стомана. Това обаче не означава, че неръждаемата стомана е напълно неспособна да загуби блясъка си или да се окисли; степента на устойчивост зависи от конкретния клас, състава и експлоатационните условия.

Химичен състав и структура

Освен хром, в сплавите често се добавят други елементи, които променят свойствата:

• Никел – увеличава корозионната устойчивост и дълготрайността; характерен за аустенитните сплави (най-разпространените марки като серия 300).
• Молибден – подобрява устойчивостта срещу хлоридно нападение и пукнатини (например в 316).
• Манган, азот, титан, ниобий (колумбий) – използват се за подобряване на здравината, устойчивостта при високи температури и стабилизиране на структурата.
• Въглерод – придава твърдост и якост; в някои класове (нискомаслени или стабилизирани) се контролира за да се предотврати корозия около заваръчни шевове.

Основни свойства

• Корозионна устойчивост: благодарение на пасивния хромов оксиден слой. Различните среди (киселинни, солени, оксидиращи) изискват различни класове инокс.
• Механични свойства: голям диапазон — от пластични и лесно деформиращи се аустенитни видове до твърди и закаляеми мартенситни.
• Топлинна устойчивост: някои сплави запазват здравината си при високи температури, но при прекомерно нагряване могат да се проявят окисление и загуба на механични свойства.
• Хигиеничност и лесна поддръжка: гладките и полирани повърхности се почистват лесно и са подходящи за хранително-вкусовата и медицинската индустрия.
• Рециклируемост: неръждаемата стомана е изключително рециклируем материал и при разработка и производство често се използва рециклирана стомана.

Видове неръждаема стомана

Неръждаемите стомани се класифицират главно според микроструктурата:

• Аустенитни (серия 300, напр. 304, 316): най-разпространени; немагнитни, отлична корозионна устойчивост и формуемост. Често използвани в кухни, химическо оборудване и архитектура.
• Феритни (серия 400): магнитни, добри за атмосферни условия; по-ниска устойчивост срещу корозия в сравнение с аустенитните.
• Мартенситни: закаляеми и по-твърди — използват се за ножове, турбинни лопатки и инструменти.
• Дуплексни (двуфазни): съчетават свойства на аустенитни и феритни — по-висока якост и добра устойчивост срещу пукнатини от корозионно напрежение.
• Пресипаващо втвърдяващи (PH, precipitation-hardening): висока якост чрез топлинна обработка; използват се в авиация и химическа промишленост.

Общо съществуват над 150 вида неръждаема стомана, като около петнадесет са най-често използваните в индустрията.

Повърхностни обработки и покрития

• Полиране (mirror), сатениране (brushed), матови покрития — изборът зависи от естетика и функционалност.
• Пасификация, пиклинг и електрополиране — за възстановяване и подобряване на пасивния оксиден слой след машинна обработка или заваряване.
• Допълнителни покрития (например PVD) за специални приложения, когато е необходима допълнителна повърхностна защита или външен вид.

Приложения

Поради разнообразието от свойства, неръждаемата стомана намира широко приложение в много отрасли:

• Хранително-вкусова промишленост и прибори за хранене — известни са приборите за хранене (ножове, вилици, лъжици); в това отношение Шефилд е исторически център на производство.
• Медицинско оборудване и импланти — биосъвместимите марки са предпочитани за хирургически инструменти и някои импланти.
• Химическа и петрохимическа промишленост — съдове, тръбопроводи и реактори, устойчиви на агресивни среда.
• Строителство и архитектура — фасади, парапети, интериорни допълнения поради естетика и дълготрайност.
• Енергетика (ядрена, фотоволтаична), автомобилна индустрия и авиационната промишленост — специални високо-леки и високо-здрави сплави.
• Инструментална и машиностроителна промишленост — инструменти, лагери, винтове и други детайли.

Производство и обработка

Днес неръждаемата стомана се произвежда основно в електрически дъгови пещи и в процес на преобразуване с основни кислородни пещи от стоманени отпадъци и първични суровини. За постигане на желаните свойства се прилагат термични и механични обработки — ковка, валцуване, термична обработка и завършващи повърхностни процеси. Монтаж, заваряване и пасивация са критични за запазване на корозионната устойчивост в конструкцията.

Ограничения и особености на експлоатация

• Някои среди — особено хлоридсъдържащи (солни) — могат да причинят питиране и напукване от корозионно напрежение, особено при определени класове.
• При високи температури някои марки са склонни към оксидиране и загуба на механични свойства.
• Заваръчни шевове и механично обработени повърхности изискват правилна пасивация и почистване, за да се възстанови пасивния слой.
• Галинг (износване чрез триене) и корозионно износване могат да бъдат проблем при движещи се части без подходящи смазки или повърхностни обработки.

Кратка история

Идеята за материали с повишена устойчивост на корозия се появява още през първата половина на XIX век, но практическите и промишлени методи се развиват значително по-късно. Французи, британци и американци провеждат експерименти в търсене на стабилни хромови сплави. Съвременната неръждаема стомана често се свързва с работата на Хари Бърли в Шефилд, Йоркшир, където през 1913 г. е описан метод за производство на стомана с добра устойчивост на корозия. В средата на XX век производството и употребата на неръждаеми стомани нарастват бързо; например производството на прибори за хранене е била голяма индустрия в Шефилд през 50-те години.

Маркировки и стандарти

Често използвани системи за означаване включват AISI/SAE и европейски стандарти (EN). Серии като 200, 300 и 400 дават обща представа за типа микроструктура и приложение. Стандартите също дефинират минималното съдържание на хром (обикновено около 10,5–11%) и допълнителни химични ограничения за различните видове.

Грижи и поддръжка

За да се запази дълготрайността и естетиката на изделията от неръждаема стомана, препоръчително е:

• редовно почистване с неагресивни почистващи средства;
• избягване на контакти с активни химикали и силни соли без подходяща защита;
• периодична пасивация след интензивна експлоатация или след ремонт/заварка;
• избор на подходящ клас за конкретните условия (например 316 за морска среда).

Неръждаемата стомана остава един от най-универсалните и дълготрайни инженерни материали, предпочитан в множество индустрии заради съчетанието от корозионна устойчивост, механична здравина, хигиеничност и възможност за рециклиране.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява неръждаемата стомана?

В: Кой е изобретил съвременната неръждаема стомана?

В: Колко време е отнело разработването на надежден промишлен метод за производство на неръждаема стомана?

В: Какви са някои често срещани приложения на неръждаемата стомана?

В: Има ли повече от един клас неръждаема стомана?

В: Всички неръждаеми стомани ли са устойчиви на петна?

Търсене по буква