Ανοξείδωτος χάλυβας

220px|right|thumb|Ο ουρανοξύστης της Κράισλερ στην Νέα Υόρκη είναι επενδεδυμένος με φύλλα ανοξείδωτου χάλυβα AISI-SAE 304. 
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.

## Ιστορία
Ο πρώτος που ανακάλυψε ότι το χρώμιο προσδίδει στον χάλυβα αντοχή στην διάβρωση ήταν ο Γάλλος Πιέρ Μπερτιέ (Pierre Berthier) το έτος 1821. Αλλά εκείνη την εποχή, οι χάλυβες είχαν υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα με αποτέλεσμα ο ανοξείδωτος χάλυβας να είναι πολύ εύθραυστος. 

Το 1872, οι βρετανοί Γουντς (Woods) και Κλαρκ (Clark) έλαβαν δίπλωμα ευρισιτεχνίας για κράμα σιδήρου με 30–35% χρώμιο και 1,5–2% βολφράμιο, που παρουσιάζει υψηλή αντοχή στην διάβρωση από οξέα. Ωστόσο, η δυσκολία παραγωγής χάλυβα με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (2O3 που προστατεύει τον χάλυβα από την διάβρωση.

Η παγκόσμια παραγωγή ανοξείδωτου χάλυβα το 2006 ήταν 28 εκατ. τόνοι και αναμένεται να ξεπεράσει τους 30 εκατ. τόνους το 2010.

## Ποιότητες και εφαρμογές
250px|right|thumb|Η προσθήκη νικελίου αυξάνει την σταθερότητα του ωστενίτη, όπως φαίνεται στο διάγραμμα φάσης Fe-Cr (λεπτομέρεια).
Οι ανοξείδωτοι χάλυβες διακρίνονται με βάση την κύρια φάση στην κρυσταλλική δομή τους.

### Ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες
Πρόκειται για ανοξείδωτους χάλυβες με κύρια φάση τον ωστενίτη (γ-Fe). Περιέχουν πολύ λίγο άνθρακα (συνήθως  20%) και Mo (> 6%), για υψηλή αντοχή στην διάβρωση από οξέα, χλώριο και χλωριούχα διαλύματα. Ο χάλυβας AISI-SAE 904L (UNS N08904) είναι υπερωστενιτικός ανοξείδωτος (19–23% Cr, 23–28% Ni, 4–5% Mo) και περιέχει 1–2% χαλκό για υψηλή αντοχή σε όξινα αναγωγικά περιβάλλοντα, όπως για παράδειγμα το θειικό οξύ.

### Φερριτικοί και μαρτενσιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες
250px|right|thumb|Η κατάταξη ακατέργαστων ανοξείδωτων χαλύβων κατά Schäffler. Στον άξονα των ''x'' δίνονται τα κραματικά στοιχεία που ευνοούν τον σχηματισμό φερρίτη ως ''ισοδύναμο Cr'' (= (%Cr) + 1,5(%Si) + (%Mo) + 0,5(%Nb)) και στον άξονα των ''y'' δίνονται τα κραματικά στοιχεία που ευνοούν τον σχηματισμό ωστενίτη ως ''ισοδύναμο Ni'' (= (%Ni) + 0,5(%Mn) + 30(%C)).
Πρόκειται για ανοξείδωτους χάλυβες με κύρια φάση τον φερρίτη (α-Fe) ή τον μαρτενσίτη (μετασταθής φάση που προκύπτει με απότομη ψύξη του ωστενίτη). Περιέχουν 10,5–27% χρώμιο, αλλά ελάχιστο ή καθόλου νικέλιο (2O3 καταστρέφεται από τα ανιόντα Cl– με αποτέλεσμα να δημιουργούνται μικροσκοπικές εσοχές στην επιφάνεια του χάλυβα. Οι εσοχές μπορεί να εξελιχθούν σε ρωγμές που, υπό κάποια σχετικά χαμηλή καταπόνηση, αναπτύσσονται με μεγάλη ταχύτητα με καταστρεπτικά αποτελέσματα.

Μικροδιάβρωση παρατηρείται συχνά και σε κοιλότητες ή συγκολλήσεις εξαρτημάτων από ανοξείδωτο χάλυβα. Σ' αυτή την περίπτωση γίνεται λόγος για *διάβρωση κοιλοτήτων*, *σπηλαιώδη διάβρωση* ή *διάβρωση διαχωριστικών επιφανειών* (αγγλ., crevice corrosion). Η διάβρωση κοιλοτήτων μπορεί να είναι έντονη ακόμα και σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία.

### Περικρυσταλλική διάβρωση
right|250px|thumb|Περικρυσταλλική διάβρωση ανοξείδωτου χάλυβα όπως παρατηρείται στο μεταλλογραφικό μικροσκόπιο.
Η περικρυσταλλική διάβρωση (αγγλ., intergranular corrosion) συμβαίνει όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας θερμανθεί και σχηματιστούν καρβίδια του χρωμίου ((Fe,Cr)7C3, κ.ά.ό.) γύρω από τους κρυστάλλους του κράματος. Τα καρβίδια αυτά αντικαθιστούν το οξείδιο του χρωμίου και έτσι ο χάλυβας χάνει την προστασία του. Η περικρυσταλλική διάβρωση εξαρτάται από την περιεκτικότητα του κράματος σε άνθρακα. Ανοξείδωτοι χάλυβες με 0,06% C παθαίνουν περικρυσταλλική διάβρωση μέσα σε 2 λεπτά στους 700&nbsp;°C· αντιθέτως, ανοξείδωτοι χάλυβες με 0,02% C δεν παθαίνουν περικρυσταλλική διάβρωση. Περιρυσταλλική διάβρωση παρατηρείται και μετά την συγκόλληση ανοξείδωτων χαλύβων εξαιτίας τοπικής υπερθέρμανσης του κράματος. 

Η περικρυσταλλική διάβρωση μπορεί να αναστραφεί με θέρμανση του κράματος στους 1000&nbsp;°C, διαλυτοποίηση των καρβιδίων του χρωμίου και απότομη ψύξη («βαφή»). Ανοξείδωτοι χάλυβες που περιέχουν τιτάνιο, νιόβιο ή ταντάλιο παρουσιάζουν υψηλή αντοχή στην περικρυσταλλική διάβρωση.

### Διάβρωση με μηχανική καταπόνηση
Η διάβρωση με μηχανική καταπόνηση ή *δυναμοδιάβρωση* ή *εργοδιάβρωση* (αγγλ., stress corrosion cracking) είναι ένα πολύπλοκο φαινόμενο που παρατηρείται όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας βρίσκεται υπό μηχανική καταπόνηση σε διαβρωτικό περιβάλλον, όπως, π.χ. εντός χλωριούχων διαλυμάτων. Χάλυβες ψυχρής έλασης είναι πιο ευαίσθητοι στην διάβρωση με μηχανική καταπόνηση, εξαιτίας υπολειπομένων τάσεων. Με ανόπτηση, οι υπολειπόμενες τάσεις εξαφανίζονται και ο χάλυβας ανακτά την διαβρωτική του αντοχή. 

Η διάβρωση με μηχανική καταπόνηση συνδέεται με την δημιουργία (ή απλώς την παρουσία) δομικών ατελειών στο κρυσταλλικό πλέγμα του κράματος. Οι ατέλειες αυτές απλώνονται μέχρι την επιφάνεια του κράματος με αποτέλεσμα την τοπική φθορά του προστατευτικού οξειδίου Cr2O3, την δημιουργία ρωγμών και την τελική αστοχία του κράματος.

Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες AISI-SAE 304 και AISI-SAE 316 αστοχούν εύκολα λόγω διάβρωσης με μηχανική καταπόνηση σε διαλύματα που περιέχουν ελάχιστα mg/L Cl–, όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 50&nbsp;°C. Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε μολυβδαίνιο (> 6%) ή νικέλιο, οι φερριτικοί και οι διφασικοί ανοξείδωτοι χάλυβες παρουσιάζουν καλύτερη αντοχή στην διάβρωση με μηχανική καταπόνηση. 

### Ηλεκτροχημική διάβρωση
Η ηλεκτροχημική ή *γαλβανική* διάβρωση (αγγλ., galvanic corrosion) συμβαίνει όταν δύο διαφορετικά μέταλλα βρίσκονται σε επαφή το ένα με το άλλο. Τότε δημιουργείται ένα τοπικό γαλβανικό στοιχείο με αποτέλεσμα την διάβρωση του πιο ηλεκτροθετικού μετάλλου. Εάν, για παράδειγμα, επάνω στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα βρεθούν λίγα ψήγματα κοινού χάλυβα, αυτά θα αρχίσουν να οξειδώνονται λόγω ηλεκτροχημικής διάβρωσης, και στην συνέχεια η διάβρωση μπορεί να επεκταθεί και στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα. Στην περίπτωση αυτή γίνεται λόγος και για *διάβρωση εξ επαφής* (αγγλ., contact corrosion). Η διάβρωση εξ επαφής εμποδίζεται με κατάλληλο καθαρισμό του κράματος με νιτρικό ή υδροφθορικό οξύ.

### Άλλες μορφές διάβρωσης
Ο ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί να υποστεί και άλλες μορφές διάβρωσης, όπως η *ερύθρωση* (αγγλ., rouging) όταν βρίσκεται σε επαφή με υπερκαθαρό νερό, *μηχανοχημική διάβρωση* (*εργοδιάβρωση λόγω σουλφιδίων*) όταν βρίσκεται σε επαφή με υδρόθειο (H2S) σε θερμοκρασία 60–100&nbsp;°C, κ.λπ.

## Βιβλιογραφία και άλλες σημειώσεις


## Δείτε επίσης
* Σιδηροκράματα
* Χάλυβας
* Χυτοσίδηρος

## Εξωτερικοί σύνδεσμοι

* T. Sourmail and H. K. D. H. Bhadeshia, "Stainless Steels" — Η μεταλλογνωσία των ανοξείδωτων χαλύβων, από το Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ.

Κατηγορία:Κράματα σιδήρου