Нержавеющая сталь – высококачественный металл, прошедший легирование с добавлением ряда химических веществ, придающих антикоррозионные свойства. За счет легирования сталь становится невосприимчивой к действию влаги, воздуха, многих агрессивных сред. Но порой даже этот материал начинает портиться, на нем появляются некрасивые пятна ржавчины. Почему ржавеет нержавейка? Причин может быть несколько, и основная из них – неправильная эксплуатация.
Может ли нержавейка ржаветь?
Существует три группы нержавеющих сталей, каждая из которых имеет свои особенности и специфику применения:
- Коррозионностойкая сталь. Имеет высокую стойкость к коррозии в неосложненных условиях – в быту, на производстве.
- Жаростойкая сталь. Обладает термостойкостью, не ржавеет при повышенных температурах, может применяться на химических заводах.
- Жаропрочная сталь. Остается механически прочной при высоких температурах.
Таким образом, не все виды нержавейки предназначены для эксплуатации в той или иной агрессивной среде. К примеру, использование обычной нержавеющей стали на пищевом производстве, частое мытье с хлорсодержащими средствами вызовет быструю порчу материала. Аналогично применение металла в морской воде приведет к повышению скорости коррозии в разы.
Также ржавчина часто появляется на нержавейке после сварки (термической обработки), которая была произведена без соблюдения определенных правил. После механического повреждения металла последствия будут аналогичными: в месте дефекта возникнет точечная коррозия. Гладкий, полированный материал обычно ржавеет менее интенсивно, чем шероховатый: на последнем элементы коррозии могут появиться гораздо быстрее.
Защита от ржавчины нарушается там, куда попала раскаленная окалина, поскольку от сильного повышения температуры в нежаростойкой стали происходит выгорание легирующих веществ (в основном хрома). После прогорания дыр их края и прилегающие зоны становятся подверженными коррозии, хотя более глубокие слои металла чаще всего остаются неповрежденными. Спасти нержавейку поможет обработка травильными пастами, специальными эмульсиями.
Прочие причины коррозии нержавеющей стали:
- контакт материала с обычной углеродистой сталью (в том числе посредством инструментов, которыми раньше резали простую сталь),
- регулярная чистка металлическими щетками,
- игнорирование механической или химической обработки сварного шва.
Причиной коррозии металла может стать и его изначально низкое качество. Стойкость стали к ржавлению обусловлена присутствием хрома в достаточном количестве. Этот элемент после воздействия воды, воздуха, кислот и щелочей формирует тончайший непроницаемый слой, который не дает материалу ржаветь. Если хрома в составе мало либо он распределен неравномерно, создание и поддержание оксидного слоя становится невозможным.
Факторы, определяющие стойкость металла к коррозии
Чтобы металл не был подвержен коррозии, он должен пройти пассивацию – переход поверхности в неактивное (пассивное) состояние, при котором на ней формируется тонкий защитный слой. Хорошая нержавейка быстро и легко пассивируется при обычных атмосферных условиях – контакте с кислородом из воздуха. Чем больше хрома в составе стали, тем выше ее пассивационная способность и антикоррозионные свойства.
Кроме хрома, легирование стали производят с помощью никеля. Он тоже способствует пассивации, но в чуть меньшей степени. Оба металла придают наивысшую антикоррозионную стойкость, хотя в состав стали могут вводиться и иные элементы: медь, ниобий, молибден. Для усиления защитных свойств любые добавки должны находиться в стандартном состоянии, а при изменении их структуры стойкость к коррозии падает (например, при переходе хрома в форму нитрида, карбида). Это может произойти во время контакта с сильными кислотами: серной, соляной, плавиковой.
Пассивный слой
Под пассивным слоем понимают тонкую оксидную пленку, которая формируется на стали после реакции хрома с кислородом. Она благоприятно воздействует лишь на свойства нержавейки: на обычной стали кислород при взаимодействии с атомами железа провоцирует формирование мелких пор и появление ржавчины. Слой коррозии тоже будет называться пассивным, ведь он реакционно инертен по отношению к окружающей среде.
Виды коррозии нержавеющей стали
По типу развития, причине появления и признакам выделяют несколько видов коррозии нержавейки.
Щелевая коррозия нержавеющих сталей
Щелевая коррозия – широко распространенный вид ржавления нержавейки. Она развивается там, где есть небольшой зазор в конструкции, например, когда вода проникает под крепежные элементы внутрь изделия. Второй поверхностью при этом обычно выступает резиновый уплотнитель, прокладка, а порой и металлический элемент.
Механизм формирования щелевой коррозии таков:
- Скопление агрессивных ионов в зазоре, вытеснение кислорода.
- Появление анода в зазоре (материал вне зазора при этом играет роль катода).
- Образование коррозии из-за изменения кислотности среды и электрохимических реакций.
Чтобы предотвратить щелевую коррозию, нужно правильно проектировать конструкции. Важно обеспечивать катодную защиту, которая снизит кислотность, а также улучшать текучесть среды.
Общая поверхностная коррозия
Общей коррозией называют равномерное нарушение структуры металла в части поверхностного слоя. Она вызывает разрушение оксидной пленки на большей части изделия или по всей его площади. Обычно причиной является контакт с сильными щелочами, кислотами, соединениями йода, фтора, брома. Главным же «врагом» нержавейки считается хлор – именно поэтому для ее чистки нельзя применять хлорсодержащие моющие средства.
Точечная коррозия (питтинг)
Больше всего питтинговой коррозии подвержены именно нержавеющие стали, а также сплавы на основе алюминия, никеля. В отличие от обычной стали, которая чаще страдает от общей поверхностной коррозии, такие материалы в большинстве случаев покрываются именно питтингами – мелкими дефектами. Локальное разрушение пассивного слоя происходит в таких ситуациях:
- царапание, механическое повреждение,
- местное изменение состава стали,
- точечное воздействие ионов хлора, серы, галогенидов,
- повышение температуры.
Точечное ржавление считается самым распространенным среди разных видов нержавейки. Из-за него в баках появляются дырки, в трубах, резервуарах – мелкие трещинки. Обычно их диаметр составляет не более 1 мм, при этом глубина может быть значительной – в этом состоит коварство данного явления. Как и в случае со щелевой коррозией, в роли анода будет выступать конкретный питтинг, а катодом станет остальная (неповрежденная) поверхность. Добавление молибдена к нержавеющей стали при ее производстве увеличивает стойкость изделий к точечной коррозии.
Интеркристаллическая коррозия
У такого процесса есть еще одно название – межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей (МКК). Она возникает при резком повышении температуры, что случается, например, при сварке. Ржавление начинается, если при участии нагрева вдоль границ зерен проступает карбамид хрома, то есть структура этой легирующей добавки кардинально меняется. Для ферритной стали достаточная температура для формирования очагов коррозии равна +900 градусам, для аустенитной стали – +450 градусам.
Контактная коррозия
Данный вид коррозии развивается при прямом контакте разнородных металлов друг с другом под действием электролитов. К примеру, такое случается при состыковании разных металлических изделий в агрессивной токопроводящей среде – морской воде. В результате сталь локально портится, а менее благородные металлы могут и вовсе раствориться.
Числовой эквивалент стойкости к точечной коррозии (PREN)
Показатель RREN относится к справочным, он показывает склонность разных видов и марок нержавейки к появлению питтингов. Числовой эквивалент стойкости к точечной коррозии применяют как ориентир, но не как абсолютное руководство для предопределения коррозионной стойкости.
Обычно наиболее устойчивыми к точечному ржавлению оказываются молибден, хром и азот в качестве добавок при легировании. Чем выше цифра RREN, тем более стойкой будет сталь к появлению питтингов. Вот справочная информация по RREN:
| Марка стали | RREN |
|---|---|
| 444 | 25 |
| 430 | 16 |
| 304 | 19 |
| 316 | 26 |
| 304LN | 21 |
| 904L | 36 |
| 316LN | 27,5 |
| SAF 2507 | 42 |
| Zeron 100 | 41 |
Способы предохранения нержавейки от МКК
Очистить от ржавчины поверхность порой бывает сложно, особенно при глубоком проникновении дефекта. Разработан ряд методов против межкристаллитной коррозии, вот основные из них:
- Отжиг (стабилизирование). Ферритные стали обрабатывают высокими температурами (+750…+900 градусов), за счет чего концентрация хрома на поверхности повышается, при этом распределение элемента становится более равномерным.
- Уменьшение содержания углерода. Если концентрация вещества будет менее 0,03%, то металл станет практически не подверженным межкристаллитной коррозии.
- Закалка в воде. Этот метод применим для аустенитной стали, он помогает карбидам хрома перейти в более подходящую форму и сконцентрироваться на границах зерен металла.
Чтобы убрать у нержавейки склонность к МКК, в нее вводят и новые добавки: титан, тантал, ниобий, но это приводит к серьезному удорожанию материала. Их количество должно быть в 5-10 раз больше, чем норма углерода, и тогда металл будет не подверженным ржавлению.
Коррозия и поверхностная обработка нержавеющей стали
Удаление коррозии можно произвести химическим способом – использовать специальные преобразователи ржавчины. Также поверхность изделий из нержавейки разрешается обрабатывать путем фрезерования, зачистки, шлифовки, полировки. Выбор конкретной методики зависит от предпочтений специалиста и ряда иных условий.
Подбор способа профилактической обработки металла будет обусловлен начальной коррозионной стойкостью конкретной марки стали. На шероховатых поверхностях чаще формируются элементы точечной коррозии, а на гладких пятна ржавчины появляются редко. Марки 304, 316 при использовании в условиях морской воды быстро ржавеют, их нужно защищать более тщательно.
Уход за нержавеющей сталью
Чтобы предметы из нержавейки длительно сохраняли привлекательность и функциональность, за ними нужно хорошо ухаживать. В обычных условиях изделия регулярно, не реже раза в 6 месяцев, моют с мягкими ПАВ без хлора и аммиака. В суровом климате мытье должно быть более частым. При выявлении пятен их сразу тщательно оттирают, ямки заделывают специальными средствами. Уход поможет продлить срок эксплуатации изделий из нержавейки и снизить риск появления коррозии.