Τι είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας

Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι κράμα σιδήρου–άνθρακα–χρωμίου με ελάχιστη περιεκτικότητα σε χρώμιο 10,5% κ.β. Το χρώμιο δημιουργεί ένα μικροσκοπικό στρώμα (10–100 nm) τριοξειδίου του χρωμίου (Cr₂O₃), το οποίο προστατεύει το μεταλλικό υπόστρωμα από την οξείδωση και την διάβρωση. Εκτός από χρώμιο, οι ανοξείδωτοι χάλυβες μπορεί να περιέχουν και άλλα κραματικά στοιχεία, όπως νικέλιο, μολυβδαίνιο, μαγγάνιο, κ.λπ.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες παράγονται σε ηλεκτρικές καμίνους με ανάτηξη παλαιοσιδήρου (σκραπ), σιδηροκραμάτων (π.χ. σιδηροχρώμιο, σιδηρονικέλιο, κ.λπ.) και άλλων μεταλλικών προσθηκών. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές εφαρμογές που απαιτούν αντοχή στην διάβρωση για λόγους οικονομικούς (π.χ. χημική βιομηχανία), για λόγους αισθητικούς (π.χ. αρχιτεκτονική) ή για λόγους υγιεινής (π.χ. μαγειρικά σκεύη).

Σε σύγκριση με τους κοινούς χάλυβες, οι ανοξείδωτοι χάλυβες, εκτός από την πολύ υψηλότερη αντοχή στην διάβρωση, παρουσιάζουν επιπλέον και υψηλότερη μηχανική αντοχή. Ωστόσο, είναι πιο σκληροί από τους κοινούς χάλυβες και γι' αυτό πιο δυσκατέργαστοι. Οι ανοξείδωτοι χάλυβες παρουσιάζουν επίσης χαμηλή θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με τους κοινούς χάλυβες.

Η διάκριση ανοξείδωτος χάλυβας καλύπτει μια μεγάλη ποικιλία κραμάτων με διαφορετικές ιδιότητες. Ο ανοξείδωτος χάλυβας διαιρείται σε 3 κυρίες κατηγορίες:

• Ωστενιτικός χάλυβας  • Φεριτικοός χάλυβας  • Μαρτεσιντικός χάλυβας

H σημασία των κραμάτων

Ο ωστενιτικος χάλυβας περιέχει τουλάχιστον 18% χρώμιο και 8% νικέλιο γι’ αυτό απαντάται ως «18/8» χάλυβας. Η αντίσταση στην σκουριά αυξάνεται με την αύξηση του χρωμίου. Σε κράματα με 12-13% χρώμιο, η παθητική επίστρωση είναι αρκετά ισχυρή για να εμποδίσει τον χάλυβα να σκουριάσει σε σύνηθες ή επιθετικό περιβάλλον. Η κυρίως επίδραση του κράματος νικελίου ευρίσκεται στη δομή του χάλυβα και στις μηχανικές ιδιότητες.

Η δομή του χάλυβα γινεται ωστενιτικη με μία αρκετή ποσότητα νικελίου. Σε αντίθεση με τους καθαρούς χρωμιούχους χάλυβες (φεριτικός ανοξείδωτος χάλυβας), αυτό επιδρά σημαντικά στις μηχανικές ιδιότητες, όπως αυξημένης δυνατότητα κατεργασίας, καλύτερη αντίδραση σε θερμικό στρες και αυξημένη δυνατότητα συγκόλλησης. Η ωστενιτική δομή μεταβάλει και τις φυσικές ιδιότητες του χάλυβα. Παράδειγμα, ο χάλυβας δεν είναι μαγνητικός.

Γιατί ο χάλυβας είναι ανοξείδωτος

Η οροθέτηση του χρωμίου στον χάλυβα δημιουργεί μία παθητική μεμβράνη οξειδίου, με υψηλή συγκέντρωση οξειδίων του χρωμίου. Αυτή ημεβράνη προστατεύει την επιφάνεια του χάλυβα ενάντια στο οξυγόνο που βρίσκεται στον αέρα και στο νερό. Μία εξαιρετική ιδιότητα του ανοξείδωτου χάλυβα είναι ότι η μεμβράνη αυτόματα αναπαράγεται εάν η επιφάνεια του χάλυβαεκτεθεί. Αυτή η αποκατάσταση της μεμβράνης μπορεί αν συμβεί εάν η επιφάνεια του χάλυβα είναι εντελώς καθαρή από επιθετικούς καταλύτες και σκόνη, από διαδικασίες συγκόλλησης και από στοιχεία εργαλείων που είναι φτιαγμένα για κοινό χάλυβα. Εάν αυτή η μόλυνση της επιφάνειας δεν αφαιρεθεί, ο χάλυβας τελικά μπορεί να σκουριάσει. Για να εμποδίσουμε αυτό, οι επιφάνειες του χάλυβα θα πρέπει να καθαριστούν μετά από την συγκόλληση και την κατεργασία (π.χ. καθαρισμός οξέων). Το διάλυμα του όξινου καθαρισμού δραστικά αφαιρεί όλα τα πρόσθετα από την επιφάνεια του χάλυβα και επιτρέπει την επαναδημιουργία μιας ισχυρής ομοιογενούς μεμβράνης οξειδίου του χρωμίου. Το διάλυμα όξινου καθαρισμού κυρίως περιλαμβάνει 5% HF (hydrofluoric acid) και 8-20% HNO3 (nitric acid) σε θερμοκρασία 25-60ο C. Αυτό το όξινο διάλυμα αφαιρεί τα πρόσθετα δηλαδή την υπάρχουσα μεμβράνη οξειδίου του χρωμίου και ίχνη σιδήρου, αφήνοντας την επιφάνεια καθαρή. Η επανίδρυση μιας νέας ισχυρής μεμβράνης οξειδίου του χρωμίου αρχίζει μόλις η παραπάνω καθαρή επιφάνεια έρθει σε επαφή με το νερό που θα ξεπλύνει το διάλυμααπό την καθαριζόμενη επιφάνεια.

Παράγωγη ανοξείδωτου χάλυβα