Τι κάνει ανοξείδωτο ατσάλι ανοξείδωτο;

Το 1913, ο αγγλικός μεταλλουργός Harry Brearley, που εργάζεται σε ένα έργο για τη βελτίωση των βαρελιών τουφέκι, ανακάλυψε τυχαία ότι η προσθήκη χρωμίου σε χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα ατσάλι το προσδίδει ανθεκτική χρώση. Εκτός από τον σίδηρο, τον άνθρακα και το χρώμιο, ο σύγχρονος ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί επίσης να περιέχει και άλλα στοιχεία, όπως το νικέλιο, το νιόβιο, το μολυβδαίνιο και το τιτάνιο.

Το νικέλιο, το μολυβδαίνιο, το νιόβιο και το χρώμιο ενισχύουν την αντοχή στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα. Είναι η προσθήκη τουλάχιστον 12% χρώμιο στο χάλυβα που το κάνει να αντιστέκεται στη σκουριά ή να λεκιάζει «λιγότερο» από άλλους τύπους χάλυβα. Το χρώμιο στο χάλυβα συνδυάζεται με οξυγόνο στην ατμόσφαιρα για να σχηματίσει ένα λεπτό, αόρατο στρώμα οξειδίου που περιέχει χρώμιο, που ονομάζεται παθητικό φιλμ. Τα μεγέθη των ατόμων χρωμίου και των οξειδίων τους είναι παρόμοια, έτσι ώστε να πακετάρονται μαζί με την επιφάνεια του μετάλλου, σχηματίζοντας ένα σταθερό στρώμα πάχους λίγων μόνο ατόμων. Εάν το μέταλλο κόβεται ή γρατσουνιστεί και η παθητική μεμβράνη διακόπτεται, περισσότερο οξείδιο θα σχηματίσει γρήγορα και θα ανακτήσει την εκτεθειμένη επιφάνεια, προστατεύοντάς την

Ο σίδηρος, από την άλλη πλευρά, σκουριάζει γρήγορα επειδή ο ατομικός σίδηρος είναι πολύ μικρότερος από το οξείδιο του, έτσι το οξείδιο σχηματίζει ένα χαλαρό και όχι σφιχτά γεμισμένο στρώμα και ξεφλουδίζει. Η παθητική μεμβράνη απαιτεί την επισκευή του οξυγόνου, οπότε οι ανοξείδωτοι χάλυβες έχουν κακή αντοχή στη διάβρωση σε περιβάλλον με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο και κακή κυκλοφορία. Στο θαλασσινό νερό, τα χλωρίδια από το αλάτι θα επιτεθούν και θα καταστρέψουν την παθητική μεμβράνη πιο γρήγορα από ότι μπορεί να επισκευαστεί σε περιβάλλον χαμηλού οξυγόνου.

Οι τρεις κύριοι τύποι ανοξείδωτων χαλύβων είναι ωστενιτικοί, φερριτικοί και μαρτενσιτικοί. Αυτοί οι τρεις τύποι χάλυβες αναγνωρίζονται από τη μικροδομή τους ή την κυρίαρχη κρυσταλλική φάση.

• Ωστενιτικό: Οι ωστενιτικοί χάλυβες έχουν ωστενίτη ως πρωτεύουσα φάση τους (επικεντρωμένος στον πρόσωπο κυβικός κρύσταλλος). Αυτά είναι τα κράματα που περιέχουν χρώμιο και νικέλιο (μερικές φορές μαγγάνιο και άζωτο), δομημένα γύρω από τη σύνθεση Τύπου 302 από σίδηρο, 18% χρώμιο και 8% νικέλιο. Ωσενιτικοί χάλυβες δεν μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία. Ο πιο γνωστός ανοξείδωτος χάλυβας είναι πιθανώς ο τύπος 304, μερικές φορές ονομάζεται T304 ή απλά 304. Ο χειρουργικός ανοξείδωτος χάλυβας τύπου 304 είναι ωστενιτικός χάλυβας που περιέχει 18-20% χρώμιο και 8-10% νικέλιο.
• Φερριτική:Οι φερριτικοί χάλυβες έχουν ως κύρια φάση τους φερρίτη (κυβικά κέντρα). Αυτοί οι χάλυβες περιέχουν σίδηρο και χρώμιο, με βάση τη σύνθεση τύπου 430 χρώματος 17%. Ο φερριτικός χάλυβας είναι λιγότερο όλκιμος από τον ωστενιτικό χάλυβα και δεν μπορεί να σκληρυνθεί με θερμική επεξεργασία.
• Martensitic: Η χαρακτηριστική ορθορομβική μαρτενσιτική μικροδομή παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό μικροσκόπτη Adolf Martens γύρω στο 1890. Οι μαρτενσιτικοί χάλυβες είναι χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που κατασκευάζονται γύρω από τη σύνθεση σιδήρου τύπου 410, χρώμιο 12% και άνθρακα 0,12%. Μπορούν να σκληρυνθούν και να σκληρυνθούν. Ο μαρτενσίτης δίνει μεγάλη σκληρότητα στον χάλυβα, αλλά επίσης μειώνει την αντοχή του και το καθιστά εύθρυπτο, έτσι λίγοι χάλυβες είναι πλήρως σκληρυμένοι.

Υπάρχουν επίσης και άλλοι τύποι ανοξείδωτων χαλύβων, όπως σκληρυμένοι με βροχοπτώσεις, διπλή όψη και χυτοί ανοξείδωτοι χάλυβες. Ο ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί να παραχθεί σε ποικίλες φινιρίσματα και υφές και μπορεί να χρωματιστεί σε ένα ευρύ φάσμα χρωμάτων.

Υπάρχει κάποια διαφωνία σχετικά με το εάν η αντοχή στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα μπορεί να ενισχυθεί με τη διαδικασία παθητικοποίησης. Ουσιαστικά, η παθητικοποίηση είναι η αφαίρεση του ελεύθερου σιδήρου από την επιφάνεια του χάλυβα. Αυτό γίνεται με εμβάπτιση του χάλυβα σε ένα οξειδωτικό, όπως το νιτρικό οξύ ή το κιτρικό οξύ λύση. Από την απομάκρυνση του άνω στρώματος σιδήρου, η παθητικοποίηση μειώνει τον αποχρωματισμό της επιφάνειας.

Ενώ η παθητικοποίηση δεν επηρεάζει το πάχος ή την αποτελεσματικότητα του παθητικού στρώματος, είναι χρήσιμη στην παραγωγή μιας καθαρής επιφάνειας για περαιτέρω επεξεργασία, όπως επίστρωση ή βαφή. Από την άλλη πλευρά, αν το οξειδωτικό απομακρύνεται ατελώς από τον χάλυβα, όπως συμβαίνει μερικές φορές σε τεμάχια με στεγανές αρθρώσεις ή γωνίες, μπορεί να προκύψει διάβρωση ρωγμών. Οι περισσότερες έρευνες δείχνουν ότι η μειωμένη διάβρωση των επιφανειακών σωματιδίων δεν μειώνει την ευαισθησία στη διάβρωση.