Co sprawia, że stal nierdzewna jest „nierdzewna”?

Dlaczego stal nierdzewna nie rdzewieje?

Stal nierdzewna jest jednym z najczęściej używanych materiałów na świecie, jest wytrzymały koń roboczy w sektorach inżynierii, energetyki i medycyny, i stanowi podstawę przemysłu sztućców. Prawie każdy wie, czym jest stal nierdzewna i co stal nierdzewna robi najlepiej (wskazówka jest w nazwie), ale niewielu wie, dlaczego ten wielofunkcyjny metal jest tak odporny na korozję. Odpowiedzią jest to, że elementem charakteryzującym się niezwykłą odpornością na środowisko jest również element, który zapewnia jej charakterystyczny połysk: chrom.

Początki stali nierdzewnej

Chociaż wielu angielskich, francuskich, niemieckich i polskich wynalazców postawiło roszczenie do odkrycia stali nierdzewnej od początku 1800 roku, stal nierdzewna jest powszechnie rozumiana jako została oficjalnie „odkryta” przez producenta stali Sheffield Harry Brearley w 1912 roku podczas badań odpornych na korozję stopów do stosowania w produkcji luf pistoletowych. Brearley stwierdził, że redukcja węgla i dodanie chromu znacznie zwiększyło odporność chemiczną jego stopu, i zauważył, że był to chrom w szczególności, co było tajemnicą wyjątkowej odporności jego stopu na wodę i kwasy domowe. Chociaż do nowoczesnych stali nierdzewnej dodaje się wiele dodatkowych elementów, takich jak mangan i krzem, kryterium Brearley jest nadal aktualne, a stop musi zawierać co najmniej 10,5% chromu, aby można było sklasyfikować jako „stal nierdzewna”.

Metalurgia

Obecność chromu w stali nierdzewnej znacząco zmienia jego właściwości, zapewniając bardzo potrzebną odporność na utlenianie stali, metal, który jest przede wszystkim stopowany żelazem - element o notorycznie strasznej odporności na rdzę. Chrom powoduje, że stal nierdzewna reaguje inaczej z tlenem, tworząc cienką warstwę niereaktywnego tlenku chromu na powierzchni metalu, a nie grubą warstwę rdzy, która wchłania się w metal w nieskończoność. Oczywiście istnieją również niezliczone gatunki stali nierdzewnej, z których każda ma różne kompozycje chemiczne i dodatki, które mają na celu poprawę specyficznych właściwości. Dostępne są stale nierdzewne o jeszcze większej odporności na rdzę i chemiczną - jednym z przykładów jest stal nierdzewna A4 lub 316, która zawiera dodatek molibden. Molibden zwiększa cechę znaną jako szczep krystaliczny, dokręcając krystaliczną strukturę powierzchni metalu na poziomie molekularnym, co zwiększa ilość energii potrzebnej do penetracji warstwy tlenku chromu.

Jak „Nierdzewna” jest Stainless?

Popularnym błędem jest to, że wszystkie gatunki stali nierdzewnej są całkowicie odporne na rdzę. Prawda jest taka, że w rzeczywistości stal nierdzewna jest odporna na rdzę — niektóre bardziej niż inne. W niektórych środowiskach i pod pewnymi warunkami nawet najbardziej odporne gatunki stali nierdzewnej padną ofiarą utleniania i korozji, chociaż może to potrwać wiele lat. Mimo to elementy takie jak śruby ze stali nierdzewnej nadal oferują znaczną poprawę odporności na środowisko w porównaniu ze standardowymi elementami stalowymi.

Stal nierdzewna może stracić swoją odporność chemiczną na wiele sposobów, z których jednym jest całkowite zanurzenie w wodzie, co zapobiega reakcji tlenu z powierzchnią metalu i może zapobiec reformacji warstwy tlenku chromu w przypadku zarysowania lub uszkodzenia. Niespecjalistyczne gatunki stali nierdzewnej mogą również ulec uszkodzeniu w bardzo wysokich temperaturach (do 400°C), gdzie atomy chromu wiążą się z węglem, powodując niedobory chromu w powierzchni metalu. Jedną z najczęstszych procedur badania odporności chemicznej i jakości stali nierdzewnej jest test w natrysku solnym. Procedura ta naraża materiał na wysoce skoncentrowane środowisko chlorkowe, które ma na celu symulację długiego okresu intensywnego użytkowania. W badaniu natryskowym sól stal nierdzewna ulega korozji, ale celem testu jest zwykle nie ustalenie, czy materiał przetrwa, ale jak szybko i z jakim nasileniem zachodzi korozja.