Почему ржавеет нержавеющая сталь? Полное руководство
Нержавеющая сталь — довольно популярный вид металла с широким спектром применения. Этот материал используется для производства медицинских устройств, автомобильных деталей, ювелирных изделий и кухонной утвари, а также для многих других целей. Одна из особенностей нержавеющей стали — то, что она не ржавеет. Это правда?
Однако, если вы когда-либо владели или использовали изделие из нержавеющей стали, вполне вероятно, что вы просто заметили ржавчину (коррозию), и вы даже задаетесь вопросом, может ли его название быть неправильным. Почему ржавеет нержавеющая сталь? Читайте дальше, когда мы узнаем, как и почему нержавеющая сталь может ржаветь.
Наука о ржавлении нержавеющей стали
Как и в случае с другими металлами, за эффектом ржавчины металла из нержавеющей стали всегда стоит наука.
Чтобы понять, что вызывает ржавчину хромовой стали, в первую очередь важно иметь четкое понимание науки, которая обычно предотвращает ржавчину.
Сталь — это продукт железа и углерода. Нержавеющая сталь содержит железо, углерод и от 12 до 30% хрома.
Нержавеющая сталь включает в себя другие элементы, такие как никель и марганец, но хром является ключевым элементом, который делает ее устойчивой к ржавчине.
Когда поверхность обычной стали подвергается воздействию кислорода, она всегда образует оксид (Fe2O3), который имеет популярный цвет красной ржавчины.
Оксид железа не способен образовывать бесконечный слой на стали, потому что молекула оксида занимает большую площадь, чем лежащие в основе атомы железа. В конечном итоге он уходит, оставляя незащищенной необработанную сталь, что затем запускает неизбежный цикл ржавления.
Итак, как предотвратить ржавление?
Когда нержавеющая сталь подвергается воздействию кислорода, на поверхности образуется слой оксида хрома. Это происходит потому, что хром имеет очень сильное сродство к кислороду.
Оксид хрома в большинстве случаев представляет собой очень тонкий слой, который не отслаивается. Это предотвращает дальнейшее окисление нержавеющей стали.
Однако, когда хромовая сталь поцарапана и, следовательно, слой оксида хрома удален, новый слой оксида хрома будет формировать и защищать оставшуюся хромистую сталь под ним.
Пока присутствует достаточное количество хрома, слой оксида хрома будет обеспечивать адекватную защиту нержавеющей стали и предотвращать ее ржавление.
Причины коррозии нержавеющей стали
Теперь совершенно ясно, что нержавеющая сталь может ржаветь. Однако, если вы какое-то время использовали этот материал, вы, должно быть, заметили, что некоторые стали ржавеют слишком рано, в то время как другие могут служить вам долго, не ржавея. Что могло быть причиной этого?
Основная причина ржавчины нержавеющей стали — это коррозия. Коррозия избавляет от хрома, поэтому необработанная сталь подвергается воздействию различных элементов, которые могут ускорить ржавление.
Есть разные типы коррозии, которые приводят к ржавчине. Давайте посмотрим на каждый тип.
Щелевая коррозия: Щелевая коррозия возникает, когда поверхность нержавеющей стали лишена кислорода, например, при стыке или трещинах. Небольшая щель, созданная для устранения допуска, станет эпицентром ржавчины. В этом промежутке щели будет скапливаться вода или другая жидкость.
Кислород в жидкости со временем уменьшается, и это приведет к накоплению хлоридов.
Эти хлориды образуют кислоты, разъедающие нержавеющую сталь. Нержавеющей стали не нужен дополнительный металл — просто нужен небольшой зазор, чтобы решить проблему. В этих случаях точечная коррозия может быть чрезвычайно серьезной, и с ней трудно справиться.
Геометрию часто изменяют, чтобы удалить щели или способ скопления жидкости, но иногда решение также может заключаться в использовании другого металла, такого как титан, который сопротивляется хлоридам.
Общая коррозия
Этот тип коррозии происходит при минимальном вмешательстве внешних факторов. Это произойдет автоматически, когда pH металла из нержавеющей стали упадет ниже 1.
Межгранулярный приступ
Гранулы нержавеющей стали могут подвергаться воздействию различных элементов, например тепла. Высокая температура более 450 градусов по Цельсию может вызвать распад частиц углерода. При этом поверхность стали подвергается воздействию различных элементов.
Биметаллическая коррозия
Биметаллическая коррозия возникает, когда два разных металла с общим электролитом вступают в прямой контакт друг с другом. Эту коррозию иногда называют гальванической коррозией.
Произойдет окислительно-восстановительная реакция, что означает просто химические реакции восстановления и окисления. Результатом станут клетки, создающие электрический потенциал на поверхности металла.
Коррозия под напряжением
Внешнее напряжение, оказываемое на нержавеющую сталь, может вызвать коррозию в той или иной форме. Это, в свою очередь, подвергнет сталь воздействию различных элементов ржавчины.
Загрязнение при производстве и очистке, сварке
Мелкие частицы простой стали врезаются в поверхность и вызывают появление пятен на поверхности нержавеющей стали.
Если деталь обрабатывается на станке с ЧПУ, который также обрабатывает стальные детали, мелкие частицы стали могут в конечном итоге загрязнить охлаждающую жидкость. Обрабатываемая деталь из нержавеющей стали навсегда останется в поверхности.
Точно так же полировальные круги, которые используются для стальных деталей, а не для нержавеющих, могут аналогичным образом включать стальные частицы. Это касается других стальных инструментов, например гаечных ключей.
Именно эти инородные частицы, не являющиеся нержавеющими, подвергаются ржавчине и вызывают появление пятен на поверхности стали. Осмотрите зону хранения для механической обработки и убедитесь, что они не вызывают перекрестного загрязнения ваших нержавеющих деталей.
Как уберечь нержавеющую сталь от ржавчины
Будь то для небольших применений, таких как бытовая техника, или для промышленного применения, вы должны стремиться защитить нержавеющую сталь от ржавчины. Но как это сделать?
Есть несколько простых, но эффективных способов защиты нержавеющей стали от ржавчины. Вот некоторые из этих советов;
Чистите с помощью неабразивных инструментов: когда дело доходит до чистки деталей из нержавеющей стали, используйте мягкие предметы, например ткань. Они не разъедают поверхность металла, подвергая его коррозии.
Используйте чистящие средства, не содержащие хлора: это могут быть щелочные или щелочные хлорированные чистящие средства, поскольку они не разъедают сталь. Избегайте чистящих средств, содержащих четвертичные соли.
При чистке нержавеющей стали всегда используйте очищенную воду.
Никогда не используйте соляную кислоту для обработки стали.
Часто очищайте материалы изделий из нержавеющей стали, чтобы избавиться от стойких пятен.
Как удалить ржавчину с нержавеющей стали?
Допустим, часть вашей нержавеющей стали уже заржавела или покрылась чешуей ржавчины. Могу ли я вернуть ему первоначальный вид?
Да, можно избавиться от ржавчины и сделать нержавеющую сталь снова блестящей. Вот несколько способов достижения этой цели:
Удаление загрязнений: Если ржавчина уже появилась, вы можете начать с физического удаления гранул перекрестного загрязнения. Также следует удалить тепловые оттенки, образовавшиеся вокруг пораженных участков.
Репассивация заржавевшей поверхности: Этот метод предполагает самостоятельное восстановление пораженной части. Пораженная часть защищена от катализаторов ржавчины, чтобы она могла восстановить свой первоначальный вид.
Использование пищевой соды: Этот метод идеально подходит для бытовой техники из нержавеющей стали. Сделайте раствор соды, затем протрите пораженные участки стали мягким полотенцем.
Используйте фосфорную кислоту
Вы также можете использовать фосфорную кислоту, чтобы избавиться от ржавчины на металле из нержавеющей стали. Основное преимущество этого чистящего раствора заключается в том, что он растворяет оксид железа, не вызывая коррозии на поверхности материала из нержавеющей стали.
Фосфорная кислота растворяет оксид железа с образованием фосфата железа и воды в качестве побочного продукта. Новый раствор легко удаляется со стали.
Хорошая новость заключается в том, что фосфорную кислоту легко приобрести в ближайшем магазине. Он также не агрессивен, поэтому не вызывает коррозии и не оставляет пятен на поверхности из нержавеющей стали.
Затем вы можете промыть поверхность дистиллированной или деионизированной водой.
Используйте уксусную кислоту: Уксусная кислота также может хорошо справиться с задачей удаления ржавчины с поверхности нержавеющей стали. Он также менее агрессивен, поэтому вызывает минимальные химические и физические повреждения стальной поверхности.
Уксусная кислота хорошо работает, когда ее используют для очистки больших поверхностей, пораженных ржавчиной.
По окончании уборки также следует промыть поверхность дистиллированной или деионизированной водой.
Как удалить ржавчину с нержавеющей стали?
Меры предосторожности при удалении ржавчины из нержавеющей стали
Какой бы метод удаления ржавчины из нержавеющей стали вы ни использовали, необходимо соблюдать определенные меры предосторожности. Они включают;
-Избегайте использования стальной ваты и стальных щеток.
-Не используйте чистящие растворы, содержащие хлор, бром, йод и фтор.
-Держите сталь от воды для защиты в будущем.
У вас есть какие-либо другие вопросы о том, как предотвратить ржавление или удаление ржавчины на вашей стали, поговорите со специалистами по нержавеющей стали. Мы в Рош Индастри готовы оказать любую помощь.
Читать далее
Рошиндустри специализируется на высоком качестве Быстрое прототипирование, быстрый мелкосерийное производство и крупносерийное производство. Услуги быстрого прототипа, которые мы предоставляем, — это профессиональный инжиниринг, Обработка CNC включая фрезерные и токарные станки с ЧПУ, Изготовление листового металла или прототипирование листового металла, Умрите литье, металлическое тиснение, Вакуумное литье, 3D печать, SLA, Изготовление прототипов методом экструзии пластика и алюминия, Быстрая оснастка, Быстрое литье под давлением, Обработка поверхности закончить услуги и другие услуги быстрого прототипирования Китая, пожалуйста свяжитесь с нами прямо сейчас.
Что делать, если ржавеет нержавейка
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 |
к содержанию ↑
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.
Почему ржавеет «нержавейка»
Ржавчина на нержавеющей стали вызывает много вопросов. Действительно ли эта сталь нержавеющая? Если это нержавейка, то почему она заржавела? Откуда берется ржавчина? Будет ли нержавейка ржаветь и дальше, и приведет ли это к образованию сквозной коррозии?
Обработка металла должна производиться в защитной одежде, поскольку состав содержит кислоту и цианиды. Поверхность на загрязненных зонах окрасится в синий цвет в течение нескольких минут. Затем состав нужно смыть водой и нейтрализовать раствором соды. Однако этот метод не подходит для испытания поверхностей, соприкасающихся с пищевыми продуктами.
Очень часто процесс коррозии развивается по краям сварного шва. Цвет оксидов может варьироваться от соломенного до темно-коричневого, в конечном итоге они превращаются в красный цвет ржавчины.
При нормальных атмосферных условиях коррозия, связанная со сваркой, не развивается, а просто выглядит некрасиво. Сварные швы должны быть очищены в течение одного или двух дней после сварочных работ, грубые или шероховатые поверхности должны быть зашлифованы, удалены царапины, шлак, флюс и брызги.
В продаже имеется много специальных чистящих веществ для нержавеющих сталей. Эти моющие средства изготавливаются на основе азотной или соляной кислот; они обычно удаляют небольшой слой материала (около 0,025 мм). После выдержки на поверхности они должны быть тщательно смыты и нейтрализованы водой с содой.
Пассивация в азотной кислоте изделий из нержавеющей стали помогает ускорить формирование оксидной пленки хрома, препятствующей корродированию металла.
Существует несколько видов коррозии нержавеющей стали:
1. Общая коррозия, когда наблюдается разрушение окисной пленки на всей поверхности. При проникновении галогенов (фтора, хлора, брома и йода) через пассивирующую пленку происходит активный процесс коррозии. Именно поэтому при чистке нержавеющих поверхностей нельзя использовать хлорсодержащие вещества, например, белизну. Хлориды являются главным врагом нержавеющей стали.
2. Щелевая коррозия. Она возникает при наличии небольшого зазора в конструкциях из нержавеющей стали. Процесс ярко проявляется на примере крепежных элементов, эксплуатирующихся в морской воде. Хлориды, содержащиеся в воде, способствуют удалению окисного слоя. При отсутствии доступа кислорода и движущихся потоков воды коррозия продолжается.
3. Точечная. Она аналогична гальванической коррозии при точечном поражении защитного оксидного слоя и одновременном воздействии агрессивной среды. Нержавеющая сталь в поврежденном месте становится анодом, а пассивированная часть металла — катодом, в результате анод начинает быстрее растворяться, вызывая питтинговую коррозию.
4. Гальваническая коррозия, возникающая в результате прямого контакта разнородных металлов в агрессивной токопроводящей среде, например, в морской воде. При проектировании нержавеющих конструкций должны учитываться внешнее воздействие среды и взаимодействие в этих условиях нержавейки с другими металлами.
5. Межкристаллитная коррозия, возникающая при очень высокой температуре, например, при сварке.
6. Эрозивная коррозия, возникающая в результате воздействия абразивной жидкости с большой скоростью, постоянно разрушающей оксидную пленку.
Каков же самый простой и эффективный метод борьбы с коррозией нержавеющей стали? Чистота, чистота, и еще раз чистота. Посмотрите на нержавеющую кухонную раковину в любом доме — она подвергается воздействию самых различных химических веществ, но ее поверхность всегда остается яркой.
Почему? Потому что постоянный поток свежей воды и протирка удаляют вредные химические вещества, которые могут повредить окисную пленку. Чистота имеет важнейшее значение для максимальной устойчивости нержавеющих сталей к коррозии.
Почему нержавеющая сталь не ржавеет. «Морская» нержавейка
По статистике примерно пятая часть всего годового производства стали в мире уходит на замену стальных деталей, поврежденных ржавчиной. Это составляет значительные экономические потери, большей части которых можно было бы избежать, добавляя в сталь специфические элементы, значительно улучшающие ее свойства: хром (Cr), вольфрам (W), никель (Ni), ванадий (V), молибден (Mo) , кремний (Si), марганец (Mn) и др. Данный вид стали называется — Легированной. Изменение химического состава приводит к изменению структуры стали и ее свойств. Легированная сталь приобретает свойства, которых нет у обычной углеродистой стали, и исключает ее недостатки. Изделия из нержавеющей стали экологичны, соответствуют всем требованиям и нормам гигиены, поэтому также нашли широкое применение при производстве кухонной посуды. По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь.
Остановимся подробнее на завоевывающую все большую популярность высоколегированной нержавеющей стали, противостоящей коррозии как в агрессивных средах, так и в атмосфере. Основная составляющая нержавеющей стали также железо. Антикоррозионные свойства ей придают легирующие элементы, в первую очередь хром и никель. От количества и пропорционального содержания этих элементов зависит марка стали и ее технические свойства, которые влияют на коррозионную устойчивость и внешний вид.
-
Всего различают пять больших групп нержавеющих сталей, определяемых их микроструктурой. Наиболее распространенными являются три из них:
- Аустенитные (Austenitic) — не магнитная сталь с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля, которые увеличивают сопротивление коррозии. Она хорошо подвергается тепловой обработке и сварке. Именно аустенитная группа сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве элементов крепежа.
- Мартенситные (Martensitic) – в связи с большим содержанием углерода, значительно более твердые, чем аустетнитные и ферритные стали. Могут быть магнитными. Находят применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Больше подвержены коррозии.
- Ферритные (Ferritic) стали содержат меньшее количество углерода, поэтому значительно более мягкие, чем мартенситные. Они также обладают магнитными свойствами. Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроении. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся все стали 400 серии.
Самая широкая и востребованная группа из этих категорий стали- аустенитные, составляющие примерно 90% общего потребления нержавеющей стали. К этому виду относятся нержавеющие стали 300-ой серии: aisi 304, aisi 316, aisi 316T, aisi 321.
Из-за универсальности своих физических характеристик наиболее популярна из многочисленных марок нержавеющей стали — AISI 304 (08Х18Н10). В ней содержится 18% Хрома (Cr) и 8% Никеля (Ni). Благодаря высокому содержанию никеля на поверхности стали образуется оксидная пленка, защищающая металл от коррозии и воздействия агрессивных химических веществ. Практически на любых поверхностях при резких перепадах температуры образуются микротрещины, при попадании жидкости в эти трещины, основной металл коррозирует и со временем разрушается. В случае с нержавеющей сталью, даже при механическом повреждении верхний слой при доступе кислорода самовосстанавливается и изделие полностью сохраняет свои антикоррозийные свойства. Этим обусловлено ее широкое применение во многих отраслях промышленности и быту.
Однако, существуют отрасли, требующие в применении специфические материалы и приспособления: химическая, нефтегазовая, пищевая промышленности, а также судоходство и судостроение. Все большее распространение получает улучшенная версия стали AISI 304 (08Х18Н10)- AISI 316 (10Х17Н13М2) с добавлением молибдена (Мо). К примеру, практически все оборудование для целлюлозных заводов и для предприятий по изготовлению бумаги изготавливаются из нержавеющих сталей. Минимально допустимой маркой является AISI 316.
Технические характеристики материала
| состав | материал | |
|---|---|---|
| AISI 316 L 1.4404 | AISI 304 L 1.4301 | |
| Углерод (С %) | макс. 0,03 | макс. 0,07 |
| Хром (Cr %) | 16,5 — 18,5 | 17,0 — 19,0 |
| Никель (Ni %) | 11,0 — 14,0 | 8,5 — 10,5 |
| Молибден (Mo %) | 2,0 — 2,5 | — |
| Марганец (Mn %) | макс. 2,0 | макс. 2,0 |
| Кремний (Si %) | макс. 1,0 | макс. 1,0 |
| Сера (S %) | макс. 0,03 | макс. 0,03 |
Молибден делает сталь более защищенной от щелевой и питтинговой коррозии в хлористой, морской воде и в сильноагрессивных средах: серной, фосфорной, борной, муравьиной, уксусной, щавелевой, молочной и других кислотах. Недаром этот вид стали называют «морской нержавейкой».
Таблицы воздействия некоторых кислот и их растворов на нержавеющую сталь:
| марка AISI 316 | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Температура | 20° | 80° | ||||||||||
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная Кислота | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная Кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная Кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная Кислота | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| маркаAISI 304 | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Температура | 20° | 80° | ||||||||||
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная Кислота | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная Кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная Кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная Кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 |
Расшифровка:
0 = высокая степень защиты — Скорость коррозии менее чем 100 mm/год
1 = частичная защита — Скорость коррозии от 100m до 1000 mm/год
2 = non resistant — Скорость коррозии более чем 1000 mm/год
Как видно из таблицы, изделия из стали AISI 316 противостоят воздействию коррозии в большинстве кислот и их растворов, чем и обусловлено их применение в агрессивных средах.
Внимание! Наш сайт использует cookie согласно политики конфиденциальности
Ржавчина на нержавеющей стали
Ржавчина на нержавеющей стали уродлива. Ржавчина на нержавеющей стали вызывает множество вопросов. Эта сталь действительно нержавеющая? Если она нержавеющая, то почему почему она заржавела? Откуда на нержавеющей стали ржавчина? Она будет продолжать ржаветь дальше? Будет ли она распространяться? Вызовет ли это другие формы ржавления, такие как точечная коррозия или растрескивание под напряжением? На Рисунке 1 изображена ржавчина на нержавеющей стали.
Рисунок 1.
В этой статье рассматриваются вопросы относительно ржавчины, которая возникает на резервуарах, сосудах, трубопроводах и т. д., изготовленных из аустенитной нержавеющей стали, такой как тип 304, 304L, 316, 316L,321, 317 и др. Охватывает источники ржавчины, влияние ржавчины на производство нержавеющей стали и методы предотвращения и удаления ржавчины с этих материалов. Рассмотрим ржавчину, которая находится на внешних поверхностях, подверженных воздействию атмосферы, включая дождь, конденсат, туман и т. д., но большую часть времени сухие и внутренние поверхности, особенно те, которые намокают, где последствия ржавчины зависят от условий эксплуатации. Для постоянно смачиваемых поверхностей необходимо бороться не только с ржавчиной, но и с загрязнением посторонними материалами, оксидами сварных швов, брызгами, поднутрениями, выемками на поверхности и сильными следами шлифования.
- История вопроса: что делает нержавеющую сталь «нержавеющей?»
- Что вызывает ржавчину на поверхностях из нержавеющей стали?
- Влияние ржавчины на поверхности из нержавеющей стали
- Предотвращение заражения «свободным железом»
- Окисление сварного шва
- Проверка удаления «свободного железа» из нержавеющей стали
- Вода, время, ночь
- Раствор ферроксила для обнаружения свободного железа в нержавеющей стали
- Резюме и выводы
История вопроса: что делает нержавеющую сталь «нержавеющей?»
Нержавеющие стали устойчивы к коррозии, потому что в них высокий процент (от 16 до 36%) присутствия хрома (Cr). Этот элемент присутствует в достаточном количестве, который при воздействии окисляющих сред (кислоты, щелочи, вода, воздух и пр.) образует тонкий, плотно прилегающий и непроницаемый оксидный слой (преимущественно CrO), который останавливает дальнейшую коррозию. В этом смысле нержавеющая сталь очень похожа на алюминий, так как алюминий также образует оксидный слой, который предотвращает дальнейшую коррозию алюминия.
Что вызывает ржавчину на поверхностях из нержавеющей стали?
Ржавчина образуется на поверхности нержавеющей стали, когда возникает состояние, при котором молекулы металла на поверхности недостаточно легированы хромом для создания или поддерживания необходимого оксидного слоя. Вопреки распространенному мнению о том, что ржавчина на поверхности не возникает, когда нержавеющая сталь «сенсибилизирована», так как большая часть металла имеет достаточно хрома для предотвращения коррозии поверхности, сенсибилизированная нержавеющая сталь корродирует вдоль границы структуры. Явление ржавчины, обсуждаемое в этой статье, является поверхностным явлением.
Самым простым условием возникновения ржавчины на нержавеющей стали является трение куска обычного углерода или низколегированной стали о поверхность нержавеющей стали.
Когда обычная сталь трется о нержавеющую сталь, получаемые в процессе трения частицы нержавеющей стали обычно называют «свободным железом». Это своего рода «контаминация» нержавеющей стали также известна под неправильным названием «углеродное загрязнение». Но этот употребляется неправильно, потому что коррозию вызывает не углерод, а нелегированное железо, из которого сделана сталь.
Коррозия «свободного железа» на нержавеющей стали всегда быстрее, чем коррозия необработанной стали, потому что свободное железо является анодным по отношению к нержавеющей стали, поэтому оно корродирует, чтобы защитить нержавеющую сталь, точно так же, как цинк корродирует для защиты углеродистой стали, когда в качестве финишного покрытия стали используется цинк.
Второй способ образования ржавчины на нержавеющей стали происходит во время сварки, когда используются сварочные флюсы для защиты от атмосферных воздействий. Эти флюсы, как правило, легко отслаиваются сами. Поверхность шва может выглядеть чистой, на ней есть тонкий остаточный слой железосодержащего материала. Этот слой легко ржавеет, если на поверхности сварочного металла не произвели абразивную или химическую очистку после окончания сварочных работ. Природа этой ржавчины аналогична той, которая образует контактное загрязнение, как описано немного выше.
Влияние ржавчины на поверхности из нержавеющей стали
На поверхностях нержавеющих металлов, которые постоянно находятся в умеренно агрессивных средах, точечная коррозия может возникать при окислении отложений «свободного железа». Это почти никогда не встречается на внешней поверхности трубопровода, поскольку снаружи труба преимущественно сухая.
Рекомендуем эффективное средство быстрого удаления ржавчины с металлов «РжавоМед-У»
Мы не знаем ни одного случая питтинга или другого коррозионного воздействия, происходящих на трубах или резервуарах, где поверхности обычно сухие и подвержены воздействию атмосфера. Ржавчина на внешней поверхности трубопроводов или баков из нержавеющей стали отсутствует. Максимум что может быть — стальные поверхности просто имеют плохую косметику и плохо выглядят.
Предотвращение заражения «свободным железом»
Надлежащая производственная практика не допускает контакта нержавеющей стали с или-обычное железо или сталь, например, рабочие столы, подъемные инструменты, стеллажи для хранения, токарная обработка сталивалки, стальные кузова и цепи грузовиков, стальные вилочные погрузчики и т. д. Железная и стальная пыль, такая как майдолжны быть созданы путем шлифования, резки, струйной очистки и т. д., должны храниться вдали от участковтам, где производится нержавеющая сталь, поскольку эта пыль может осесть назагрязняющие поверхности там, где они будут захвачены нержавеющей сталью.
Инструменты для очистки и шлифования, такие как шлифовальные круги и проволочные щетки, которые былиИспользуемый для углеродистой или низколегированной стали, не следует использовать впоследствии для нержавеющих сталей.Для обработки нержавеющей стали следует использовать только проволочные щетки из нержавеющей стали.
Окисление сварного шва
Сварные швы часто будут ржаветь по краям, как показано на Рисунках 1 и 2. Для сварных швов, которые не были должным образом очищены после завершения, это нормально. В частности, когда сварка была выполнена в среде защитных газов. Хотя это и неэстетично, но эта ржавчина не является признаком плохой сварки, чрезмерного температурного перегрева или излома. Скорее, это естественный результат высокой температуры. Зона термического нагрева во время сварки в сочетании с воздействием кислорода в атмосфере. Цвет может варьироваться от соломенного до темно-коричневого при первоначальном образовании, и в конечном итоге они становятся ржаво-красными.
В нормальных атмосферных условиях ржавчина, связанная со сваркой, прекращается после того, как свободное железо окисляется. Никаких дальнейших повреждений ржавчиной не происходит — это просто выглядит неэстетично. Для устранения ржавчины сварные швы следует очищать не позднее одного — двух дней после завершения сварочных работ. Любые грубые или шероховатые поверхности швов следует сгладить, удалить механические следы или царапины и обязательно обходимо удалить посторонние новообразования, включая краску, шлак и брызги, чтобы оптимизировать коррозионное сопротивление.
Свободное железо, сварочное окисление и посторонние материалы, такие как грязь, песок, флюс, иные металлы (кроме стали, чугуна и т. д.), могут быть удалены химической очисткой или абразивной полировкой.
Химические чистящие средства, которые успешно удаляют свободное железо и большинство других загрязнений доступны в больших вариациях. Эти чистящие средства представляют собой кислоты, которые обычно удалите немного материала (около 0,03 мм) с поверхности, на которой они применяются. Их нужно оставить на поверхности достаточно долго, чтобы удалить остатки железа и любые видимые оксиды. Большинство из них содержат азотную и плавиковую кислоты, поэтому они должны применяться строго в резиновых перчатках и других средствах индивидуальной защиты.И обязательно после обработки металл необходимо промыть достаточным количеством воды с одновременным щелочением хотя бы пищевой содой.
Рекомендуем эффективное средство быстрого удаления ржавчины с металлов «РжавоМед-У»
Механическую очистку следует производить только с помощью шлифовальных кругов или насадок с проволокой из нержавеющей стали, которые ранее не использовались для углеродистых или низкоочищенных сталей. Финальная очистка электрооборудованием с применением насадок с проволокой из нержавеющей стали не рекомендуется, так как те, в свою очередь, деформируют поверхность, позволяя атмосферным химическим осадкам проникать в поверхность, размазывают «свободный металл» и образуют микроповреждения — ни что их всего этого не подходит для коррозионной стойкости нержавеющей стали. Проволочная щетка может использоваться между проходами сварного шва для удаления шлака, так как очищенная поверхность будет переплавлена при последующей сварке. Если для окончательной очистки используется проволочная щетка, она должна быть только ручного применения, или щетина должна быть мягкой и гибкой, а давление на поверхность незначительным.
Однако ни шлифовальные машины, ни проволочные щетки не удаляют свободное железо, которое уже заржавело. Кроме того, проволочные щетки не удаляют свободное железо, отложившееся в виде пара, например, образовавшегося в зоне термического влияния во время сварки. В этих случаях при очистке шлифовальной машиной или металлической щеткой ржавчина и свободное железопросто смазывают поверхности из нержавеющей стали, которые ранее не были проржавевшими. И хотя ржавчина будет казаться побежденной, после воздействия атмосферной влаги и нахождения под открытым небом хотя бы несколько дней, эти ранее очищенные ржавые поверхности и уже новые поверхности, по которым в процессе очистки была «размазана» ржавчина, гарантированно заржавеют.
В этих случаях поможет очистка с использованием химических очистителей или мягких абразивных полиролей.
Проверка удаления «свободного железа» из нержавеющей стали
Вода, время, ночь
Присутствие свободного железа на нержавеющей стали легко обнаружить при распылении на сталь воды и оставления в таком состоянии на ночь. Опрыскивание следует проводить в тени и поздно вечером, чтобы поверхности оставались влажными. Поверхность должна намокнуть полностью без разрывов водяной пленки. Любые участки свободного железа будут проржавеют за ночь, окрасив поверхность. Во влажную или дождливую погоду нержавеющую сталь можно оставить на открытом воздухе в течение дня, и любое свободное железо превратится в некрасивую ржавчину. Участки с обнаруженной ржавчиной необходимо очистить, как описано выше.
Гораздо более быстрый способ определить свободное железо — протереть раствором ферроксила. При этом требуются средства индивидуальной защиты (СИЗ), поскольку раствор является кислым и содержит цианиды. Зараженные участки станут синими в течение нескольких минут. Если раствор оставить на поверхности на длительное время — вся поверхность нержавеющей стали станет синей. Этот раствор следует удалить после несколько минут теста с использованием обычной воды. И раствор для споласкания должен быть нейтрализован хотя бы пищевой содой — она отлично для этого подойдет.
Раствор ферроксила для обнаружения свободного железа в нержавеющей стали
- Дистиллированная вода 1 литр
- Азотная кислота 30 миллилитров
- Ферроцианид калия 30 грамм
Этот раствор не следует использовать на поверхностях, которые будут контактировать с пищевыми продуктами или жидкостями, поскольку он содержит цианидные соединения.
Резюме и выводы
Хотя ржавчина на наружных поверхностях трубопроводов из нержавеющей стали обычно безвредна, ее уродливое присутствие вызывает беспокойство у покупателей металлоизделий. В процессе очистки нержавеющей стали после сварки необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать контакта железа со сталью во время изготовления. Проверка отсутствия «свободного железа» перед отправкой гарантирует, что Ваш продукт прибудет на место без неприглядной ржавчины. Если Вы хотите быть уверены, что на поверхностях из нержавеющей стали не образуется некрасивая ржавчина , необходимо соблюдать постулаты описанные в данной статье и тогда все будут довольны. И покупатели, и производители, и продавцы.
Рекомендуем эффективное средство быстрого удаления ржавчины с металлов «РжавоМед-У»