Нержавіюча сталь: що насправді робить хром

Про нержавіючу сталь зручно говорити так, ніби це одна речовина з однією властивістю. Насправді це збірна назва, а властивість у неї умовна.

З технічного погляду такої речі, як нержавіюча сталь, не існує. Усі сталі іржавіють, якщо їх не обробляти належним чином; якісь опираються корозії краще за інших. Англійський термін stainless — «сталь, що не має плям» — точніший за українське «нержавіюча», і розуміти це слово варто саме як «стійка до плям».

Де проходить межа

Визначення нержавіючої сталі на диво туманне. Мінімальний вміст хрому вказують як 10,5, 11 або 12 відсотків — залежно від того, що ви читаєте. Зазвичай до нержавіючих відносять сталі, що містять не більше 1,2% вуглецю і не менше 11% хрому; ножі з 11% хрому і вище справді мають добру стійкість до іржі.

Проблема в тому, що ці визначення написані для низьковуглецевої нержавіючої сталі. У світі інструментальних і ножових сталей вплив решти елементів надто великий, щоб рахувати самий лише хром.

Хром у розчині і хром у карбіді

Хром працює так: він утворює на поверхні сталі оксидний шар, який запобігає утворенню іржі. Але це вміє лише хром, розчинений у сталі. Хром, зв’язаний із вуглецем у карбід, оксиду на поверхні не утворює — він уже зайнятий.

Звідси найпоширеніший приклад: сталь D2 з приблизно 12% хрому нержавіючою не є. Вуглецю в ній стільки, що утворюється багато карбідів хрому, і на поверхню хрому не лишається.

Працює це і у зворотний бік. S110V з 15,25% хрому за корозійною стійкістю не поступається M390 з 20% — бо значення має загальний склад, а не одна цифра. Більшість ножових сталей тримають у розчині 10–13,5% хрому; у M390 при її двадцяти відсотках у розчині лише близько тринадцяти, решта зв’язана в карбідах.

CPM-3V показує ту саму логіку з іншого боку: хрому в ній лише 7,5%, формально це іржавіюча сталь, але практично весь хром перебуває в розчині, і за корозійною стійкістю вона обходить D2 — яка, між іншим, відома якраз доброю корозійною стійкістю. Типові іржавіючі сталі містять 4–5,5% хрому, тож 7,5% — це вже прикордонна територія.

Чим за нержавкість платять

Вимога додати багато хрому — таке саме конструктивне обмеження, як будь-яке інше. Прийнявши одну вимогу, ви жертвуєте властивостями в іншому місці.

Жертвують карбідами. Коли хрому багато, дедалі важче домогтися, щоб карбіди в сталі були карбідами ванадію. Замість них утворюються карбіди хрому, а вони гірші в усьому, що важливе ножу.

• Вони м’якші за карбід ванадію — отже, зносостійкість і утримання кромки нижчі.
• У порошкових сталях вони більші — отже, ударна в’язкість нижча, кромка охочіше викришується.
• Раз вони м’якші, для того самого утримання кромки їх потрібно більше — і в’язкість падає ще раз.

Плюс проста арифметика: що більше хрому, то менше карбіду ванадію утворюється за тієї самої кількості ванадію, і то більше карбіду хрому.

Як із цим борються

Перший спосіб — знижувати хром і балансувати склад так, щоб увесь наявний хром ішов у розчин. Саме з цього виходили, коли 1995 року робили S90V з 14% хрому замість ранніших сталей із 16–20%. Ті самі базові 14% потім лягли в основу S30V, S35VN і S125V.

Другий — молібден. Він підвищує корозійну стійкість за заданого вмісту хрому, тому S30V, S35VN, S125V, S110V і S45VN містять 2% молібдену і більше. S35VN і S90V обидві на 14% хрому, але в S35VN корозійна стійкість помітно краща — саме завдяки молібдену.

Третій спосіб обходиться взагалі без порошкової металургії: тримати загальну кількість карбіду дуже низькою, щоб карбіди хрому лишалися дрібними, а ударна в’язкість — високою. Так влаштовані AEB-L, 12C27 і 14C28N. Металурги ретельно збалансували вміст вуглецю і хрому, щоб отримати і високу твердість, і корозійну стійкість, не наплодивши карбіду хрому. Мікроструктура виходить дуже тонка, в’язкість чудова, а зносостійкість і утримання кромки — нижчі, ніж у порошкових нержавок.

Цікава деталь: утримання кромки в AEB-L і 14C28N усе-таки краще, ніж у низьколегованих 52100 і 1095, бо карбіди хрому твердіші за карбід заліза. Тобто в цій конкретній парі нержавіюча сталь має кращий баланс властивостей, ніж «вуглецева». Суперечка про те, що краще взагалі, знову виявляється безглуздою: питання завжди в тому, які саме марки порівнюють і за якою властивістю.

У такі низькокарбідні нержавки можна додати трохи ванадію або ніобію і отримати вищу зносостійкість за невеликої втрати в’язкості. Найближчий доступний приклад — Niolox, але розмір карбіду в неї відносно великий, і в’язкість вийшла не такою, як хотілося б; найбільші там якраз карбіди хрому. Ніобій при цьому — сильніший карбідоутворювач, ніж ванадій, і здатен утворювати свої карбіди навіть у присутності великих кількостей хрому, тож напрямок робочий.

Навіщо це все покупцеві

Нержавіючу сталь у ножах воліють із прозаїчної причини: вона потребує менше обслуговування, щоб уникнути іржі. І річ не лише в косметиці — кромка втрачає гостроту через корозію, а не тільки через різання. Великі компанії, що випускають серійні ножі, ставлять нержавку ще й тому, що середній споживач очікує саме її.

Кухонний ніж із вуглецевої сталі та пов’язане з ним обслуговування пасують не всім, тож вибір нержавки — не поганий вибір. Сьогодні існують нержавіючі сталі, які твердіші й зносостійкіші за деякі вуглецеві. Імовірність появи іржі при цьому лишається завжди.

І останнє: наявність хрому сама по собі не робить ніж різальним. У серії 420 вміст вуглецю менш ніж 0,3–0,5%, і для кухні вона просто зам’яка, хоча іржі опирається чудово. X50CrMoV15 з її 0,5% вуглецю дуже стійка до іржі і не більше того. Хром відповідає за плями. За різ відповідає все інше.