Proč jsou některé spojovací prvky z nerezové oceli magnetické a má to vliv na ochranu proti korozi / Nástroje a náhradní díly / iXBT Live

Nerezové spojovací prvky jsou nepostradatelné pro ty, kteří oceňují odolnost a spolehlivost. Pokud se však do otázky ponoříte trochu hlouběji, otevírá se zde jeden z nejzajímavějších paradoxů. Mnoho lidí věří, že nerezová ocel by neměla být magnetická, ale ve skutečnosti není vše tak jednoduché, jak se zdá. Viděl jsem to z vlastní zkušenosti. Říkám vám, co jsem zjistil.

Magnetická anomálie

Nerezová ocel již dlouho získala pověst „magického“ materiálu: odolná vůči rzi a dalším typům koroze, zdá se, že by měla být ideální. A když mluvíme o spojovacích prvcích vyrobených z oblíbené oceli třídy A2 (AISI 304) nebo A4 (AISI 316), mnozí automaticky předpokládají, že taková ocel nebude vůbec magnetická. Jak překvapivé je zjištění, že magnet je náhle přitahován k vašemu šroubu nebo šroubu. Možná se dokonce začnete ptát: „Je to vůbec nerezová ocel?

Ve skutečnosti tento „magnetický paradox“ není vůbec neobvyklý a odpověď na něj leží hluboko v chemickém složení a krystalické struktuře oceli. Nerezová ocel není jednoduchý kov, ale složitá slitina na bázi železa s přídavkem chrómu, niklu a podle značky i dalších prvků. Chrom je hlavní složkou, která zajišťuje tvorbu oxidového filmu, který zabraňuje korozi. Ale co magnetické vlastnosti? Nesouvisí se samotnými chemickými prvky, ale se způsobem, jakým jsou tyto prvky organizovány do krystalové mřížky.

Podívejme se na tři hlavní typy nerezové oceli:

• Feritická ocel. Má magnetické vlastnosti, i když jeho použití v spojovacích materiálech je poměrně vzácné.
• Martenzitická ocel. Také magnetický, vyznačuje se větší tvrdostí a často se používá v nožích a nástrojích.
• Austenitická ocel (A2, A4). Nejoblíbenější volba pro spojovací prvky, známá pro svůj nedostatek magnetických vlastností.

Ale je tu zajímavý fakt: austenitické oceli se mohou stát magnetickými! K tomu dochází, když mechanické zpracování (jako je řezání nebo broušení) změní jejich mikrostrukturu a přemění část austenitu na ferit nebo martenzit. Přes počáteční nedostatek takových vlastností se tedy šroub nebo svorník může po zpracování stát mírně magnetickým.

Jemnosti zpracování

Magnetické vlastnosti nerezové oceli se často objevují po obrábění. Při řezání, broušení nebo deformaci se může krystalická struktura oceli měnit. Tento jev je zvláště častý u austenitických ocelí. Kov se stává částečně feritickým nebo martenzitickým, a to způsobuje, že se objevují magnetické vlastnosti. Váš nerezový šroub v podstatě nemusí být ve fázi výroby magnetický, ale po nějakém zpracování začne náhle přitahovat magnet.

Zvláštní pozornost je třeba věnovat nesprávnému tepelnému zpracování, které může také změnit mikrostrukturu kovu. Pokud se například kalení nebo žíhání provádí mimo normy, může austenit přeměnit na ferit, který mu dodává magnetické vlastnosti.

Magnetické vlastnosti a koroze

Hlavní otázka, která mnohé znepokojuje, je: „Ovlivňuje magnetizace odolnost proti korozi?“ Na první pohled je logické předpokládat, že změny mikrostruktury oceli ovlivňují její ochranné vlastnosti. Zde však stojí za to vyvrátit mýtus. Magnetické vlastnosti nerezové oceli nemají prakticky žádný vliv na její odolnost vůči korozi. Důvod je jednoduchý: odolnost proti korozi je způsobena přítomností chrómu, který tvoří oxidový film, který chrání kov před agresivními vlivy prostředí.

Tento film zůstává, i když je ocel zmagnetizována. Není tedy třeba se obávat, že nerezové spojovací prvky náhle začnou reagovat na magnet. To neznamená, že se brzy pokryje rzí.

Co dělat s výběrem spojovacích prostředků?

Vzhledem k tomu, že magnetické vlastnosti neovlivňují odolnost proti korozi, měl by být výběr spojovacích prvků založen na jiných charakteristikách, především na správném složení a spolehlivosti výrobce. Trvanlivost a odolnost vůči korozi zajišťuje chemické složení oceli, nikoli její magnetické vlastnosti.

V praxi nelze pomocí magnetu ověřit, že se jedná o skutečně kvalitní nerez. Zde pomůže pouze spektrální analýza, která přesně určí, jak dobře slitina odpovídá deklarovaným charakteristikám. Ale v každodenním životě byste měli důvěřovat osvědčeným dodavatelům a vyhýbat se rozpočtovým analogům.

Výsledky

Magnetické vlastnosti spojovacích prvků z nerezové oceli nehrají roli v jejich odolnosti vůči korozi. Nedělejte si starosti, pokud je váš upevňovací prvek přitahován magnetem, je to pouze důsledek zpracování, nikoli signál, že bude brzy pokryt rzí. Hlavní věcí je vybrat si důvěryhodné dodavatele, abyste si byli jisti kvalitou materiálů. Nechte magnet přitahovat ne upevňovací prvky, ale vaši pozornost ke kvalitním detailům.

Mezi kupujícími existuje názor, že skutečná nerezová ocel není magnetická. A pokud se k oceli přilepí magnet, pak se bezohlední prodejci rozhodli místo nerezové oceli naklouznout železný kov nebo hliník. Názor je tak zakořeněný, že byly vynalezeny i metody zkoušení oceli – stačí přiložit magnet a hned se ukáže, zda jde o nerezovou ocel nebo ne. Ale vše by bylo příliš jednoduché, kdyby celá třída nerezových ocelí byla antimagnetická. Ve skutečnosti existují druhy nerezové oceli, které jsou skutečně odolné vůči magnetismu. A jsou značky, které mají magnetické vlastnosti. Pojďme na to přijít.

Na čem závisí magnetické vlastnosti kovů?

Existuje několik faktorů, které ovlivňují magnetické vlastnosti materiálů:

• Magnetizace závisí na struktuře krystalové mřížky kovů. Nejmagnetičtější materiály, feromagnetika, mají kubickou krystalovou mřížku. Pokud je narušen, magnetické vlastnosti se snižují.
• Přítomnost nečistot v oceli. Pokud se do zcela nemagnetické taveniny přidá dostatečné množství nečistot s magnetickými vlastnostmi, pak celý výsledný materiál může začít interagovat s magnety.
• Změna teploty. Různé materiály mají svou vlastní teplotu, při které ztrácejí své magnetické vlastnosti, nazývá se to Curieův bod. K tomu dochází v důsledku tepelného pohybu atomů v kovu. A je tu Neelův bod, ve kterém naopak dochází k fázovému přechodu z feromagnetika na paramagnet.

Když známe faktory, které ovlivňují magnetickou povahu kovů, podívejme se na nerezové oceli. Mnohé z nich mají různé chemické složení, to znamená, že se používají různé legovací přísady – některé z nich mohou mít magnetické vlastnosti, jako je nikl. Také slitiny mají různé uspořádání atomů v krystalové mřížce. A navíc byly téměř všechny nerezové polotovary tepelně zpracovány, během kterých se mohly změnit jejich magnetické vlastnosti.

Takže všechny kovy, včetně nerezové oceli, lze rozdělit na:

• Antiferomagnety nebo diamagnety. Jejich magnetická susceptibilita je nulová. Magnetické atomy v jejich krystalové mřížce směřují opačně k magnetickému poli, a proto se vůbec nepřitahují. Takovými kovy jsou například zinek a zlato.
• Paramagnety. Magnetické atomy mají ve své struktuře různé chaotické směry. Některé z nich jsou přitahovány magnetickým polem. Tato přitažlivost je ale dost slabá. Takové vlastnosti má například mangan a čistý hliník.
• Feromagnetika. Jejich krystalová mřížka je vyplněna atomy směřujícími k magnetickému poli. Díky tomu mají velmi dobrou přitažlivost. Klasické příklady feromagnetik: železo, kobalt.

Které druhy nerezové oceli jsou magnetické a které ne

Veškerá nerezová ocel je rozdělena do tříd, ve kterých jsou specifické třídy. Třídy nerezové oceli se liší především svou krystalickou mřížkou. To znamená, že obsahují různý počet atomů směřujících k magnetickému poli. Zvažme, které třídy a značky nerezové oceli jsou magnetické.

Austenitická ocel – nemagnetická

Při vysokoteplotní modifikaci se železo váže na atomy uhlíku, které nemají magnetické vlastnosti. V tomto případě je železo legováno chromem a niklem. Výsledná kubická mřížka ovlivňuje nepřítomnost magnetismu, stejně jako pevnost a odolnost vůči změnám teploty.

Austenitická ocel je nejpevnější díky své jemné zrnitosti a je také docela tažná. Jeho hlavní nevýhodou je vyšší cena než u jiných jakostí nerezové oceli, vzhledem k tomu, že legovací přísady jsou poměrně drahé. Ale zároveň se austenit používá všude. Jedná se o nejoblíbenější třídu nerezové oceli ve všech oblastech: od lehkého a potravinářského průmyslu až po těžbu a strojírenství. Proto existuje mýtus, že veškerá nerezová ocel je nemagnetická, protože nejčastěji se lidé setkávají s austenitem.

Druhy austenitické nerezové oceli, které nejsou magneticky citlivé:

Austeniticko-feritická ocel – nemagnetická

Kromě krystalové mřížky je za nemagnetismus austeniticko-feritických ocelí zodpovědný vysoký obsah manganu – až 9 %. Nejběžnější jakost je AISI 201. Byla vyrobena jako levnější alternativa čistého austenitu kvůli nižšímu množství drahého niklu. Existuje také slitina ruské výroby – 03Х22Н6М2. Kromě nemagnetických vlastností se austeniticko-feritické oceli vyznačují pevností a relativně nízkou hmotností.

Feritická ocel je magnetická

Nikl je zodpovědný za přeměnu na silný austenit. Feritické oceli jej neobsahují, ale obsahují hodně chrómu a uhlíku a také trochu manganu a křemíku pro odolnost proti korozi. Feritová struktura je paramagnetická. To znamená, že existují magnetické vlastnosti, ale nejsou jasně vyjádřeny. Horší než čisté železo nebo martenzity. Na rozdíl od jiných tříd má feritická ocel nižší pevnost a tvrdost, ale její cena je odpovídajícím způsobem nižší. Mezi běžné třídy patří AISI 430.

Martenzitická ocel – vysoce magnetická

Když se zahřátá austenitická ocel ochladí ve vodném prostředí, její struktura se přemění na martenzit. Při stejném složení se krystalová mřížka stává uspořádanější: atomy jsou uspořádány a nasměrovány k magnetickému poli. Při martenzitické přeměně se do slitiny přidává molybden a wolfram. Slitina obsahuje velké množství uhlíku, což také zvyšuje magnetické vlastnosti kovu. Ocel je feromagnet.

Martenzit se používá především pro průmyslové účely – pro chemickou výrobu, pro výrobu lékařských nástrojů, rotorů atd. Materiál je velmi tvrdý. Martenzitická nerezová ocel: AISI 420,
40X13, 30X13. Zřídka používané v každodenním životě.

Magnetické vlastnosti mají i slitiny, které jsou v mezistavu – martenziticko-feritické oceli.

Změna magnetických vlastností nerezové oceli

Přeměna oceli z austenitu na martenzit nebo ferit, změna její krystalové mřížky, je vždy záležitostí tepelného zpracování. Když je ocel vypalována, popouštěna, kalena a normalizována, mění se její struktura a tím i její vlastnosti.

Při obrábění kovů se proto může částečně změnit struktura slitiny v ošetřovaném povrchu. K tomu například dochází, když dojde k deformaci nebo zahřátí v důsledku řezání nebo broušení. Pokud ocel obsahuje feritové složky, pak při silném zahřátí dosáhne Curieho bodu a ztratí svou magnetickou schopnost.

Schopnost magnetizace oceli přitom jen zřídka napomáhá nebo nějak ovlivňuje způsoby použití nerezové oceli v každodenním životě. Naopak magnetické vlastnosti mohou pouze omezovat rozsah použití některých druhů ocelí v průmyslu.

Jak otestovat nerezovou ocel pomocí magnetu

První způsob, jak rozpoznat nerezovou ocel, je přidržet magnet blízko povrchu. Většina výrobků pro domácnost a instalatérské výrobky se však vyrábí z austenitických ocelí, které nejsou magnetické. Proto to zůstává nejjednodušší způsob kontroly.

Pokud je však kov magnetický a přetrvávají pochybnosti o tom, zda jde o nerezovou ocel, můžete doma provádět další experimenty:

• Silně rozetřete list papíru po kovovém povrchu. Pokud je z nerezové oceli, nezůstanou na papíře žádné stopy. Pokud je to hliník, bude tam tmavý pruh.
• Na kov naneste síran měďnatý nebo silně alkalický roztok. Na nerezu po nich nebude ani stopy, ale na hliníku budou šmouhy a skvrny.
• Naneste několik kapek kyseliny dusičné. Pokud je to nerezová ocel, nic se nestane, ale pokud je to uhlíková ocel, začne chemická reakce, při které se uvolní žíravá pára.

Nejúčinnějším způsobem kontroly je však analýza značek. Výrobky z nerezové oceli mají často písmena „NERZH“ nebo jejich anglické ekvivalenty – inox, CRES, SS nebo SST. Na válcovaných kovových výrobcích jsou uvedeny třídy oceli, například na nerezové oceli to může být 04H17Н13М2, 06ХН28МДТ, 10Х23Н18 atd.

Abychom to shrnuli, poznamenáváme, že magnetické vlastnosti nejsou základní charakteristikou nerezové oceli. Pro většinu účelů schopnost kovu být magnetický neovlivňuje výběr válcovaného kovu. Je mnohem důležitější věnovat pozornost takovým ukazatelům, jako je odolnost proti korozi, pevnost a tvrdost.