Причины коррозии нержавейки
Нержавеющая сталь сложно поддается коррозии из-за наличия в составе особых легирующих элементов: никеля, молибдена и хрома. Последний наиболее важен в обеспечении противокоррозионной защиты металла: чем его в сплаве больше, тем быстрее и легче сформируется защитный слой на поверхности изделия. Это легко объяснить с химической точки зрения: атомы хрома активно вступают в реакцию с кислородом атмосферного воздуха и образуют тончайшую, но очень прочную защитную пленку из окислов. Потому недостаточная концентрация хрома в легирующей композиции – одна из первых причин плохой защищенности металла от ржавления.
Вторая причина активного развития процессов окисления и коррозии на поверхности нержавейки – контакт коррозионностойкого металла с чистым железом, например, при неправильной организации процесса сваривания. Во время сварки на поверхность изделия неизбежно попадают частички железа, и, если недостаточно качественно провести обработку области сваривания, на ней появятся очаги коррозии, которые со временем будут только разрастаться.
Ржавление нержавейки также возможно в результате:
- неправильной обработки металлической поверхности, например, образовании микродефектов при сварке, полировке, шлифовке изделия – они разрушают защитную оксидную пленку;
- использования некачественного низкосортного стального сплава;
- неправильной эксплуатации детали и недостаточного ухода за ее поверхностью.
Также коррозия нержавеющей стали может быть вызвана нахождением ее в агрессивной среде, при критически высоких и экстремально низких температурах, несовместимостью с некоторыми материалами.
Чаще всего ржавлению подвергаются сварочные швы – они корродируют быстрее и активнее остальной поверхности. Среди причин этого:
- выгорание легирующих компонентов в области сваривания при настолько высоких температурах;
- возникновение внутренних напряжений по линии соединения;
- наличие в сварочном шве, даже самом прочном, микроскопических пор и трещин – «поставщиков» внутрь металлической структуры кислорода, окисляющего металл;
- недостаточная очистка изделия от флюса и других химикатов, которые «запускают» процесс коррозии, взаимодействуя с влагой.
Кроме того, сварка меняет кристаллическую решетку металла, в нее попадают посторонние оксиды. А на некоторых сварочных швах образуется так называемая гальваническая пара, и такое соединение будет ржаветь неизбежно.
Виды коррозии
Основными типами коррозии являются:
- общая – целостность оксидной пленки нарушена по всей поверхности детали, равномерно или неравномерно;
- щелевая – очаги ржавления возникают при появлении зазора в изделиях;
- язвенная (точечная, питтинговая) – проявляется при малейшем повреждении защитной пленки и разрастается вокруг места поражения;
- гальваническая – ее причиной становится контакт металлов с разными токопроводящими свойствами;
- межкристаллическая (транскристаллитная) – свойственна при воздействии на нержавейку сверхвысоких температур, в том числе и при сваривании;
- эрозионная – проявляется от попадания на поверхность металла жидкости с абразивными свойствами, которая разрушает защитную пленку и образует очаги эрозии.
Своя классификация коррозии существует и у сварочных швов. Она может быть сплошная (равномерная или неравномерная), местная в виде точек и пятен на отдельных участках или ножевая. Последняя возникает в виде тонкой линии на границе сварочного шва и основного металла. Сплошная коррозия швов характерна для низколегированных коррозионноустойчивых сплавов, местная – для нержавейки, обедненной хромом, ножевая – для высоколегированного и аустенитного нержавеющего металла.
Способы предотвращения ржавления нержавейки
Защита коррозионностойких сплавов от ржавления выполняется несколькими методами. Термический способ – это отжиг для снятия температурных напряжений в металле в камерных печах при +800℃ с последующей выдержкой в специальном составе-ингибиторе. Электрохимическая технология защиты – это анодирование, воздействие на деталь электрическим током в специальных токопроводящих растворах. Можно подвергнуть изделие лужению – наплавлению на него другого металла (чаще всего олова или сплавов на его основе). Этот метод напоминает еще одну распространенную технологию – плакирование, только в этом случае второй металл наносится на нержавеющую деталь литьем, совместной прокаткой, ковкой или прессованием. Плакирование использует не только оловянные составы – может применяться любой металл, устойчивый к коррозии.
Защитный металл можно наносить на нержавейку и другими способами:
- напылением – на обрабатываемую поверхность в струе воздуха подается расплавленный металл;
- горячей технологией – изделие помещается в ванну с расплавом и остается там некоторое время;
- гальванической обработкой (электролитический метод) – второй металл осаждается на детали, выделяясь из раствора электролита под воздействием электрического тока.
Защитные покрытия на нержавеющей стали могут быть и неметаллическими. Это разнообразные лакокрасочные материалы, включая лаки, краски, грунтовки, эмали, шпаклевки и олифы – универсальные или «особые». К последним относятся продукты, придающие нержавейке токопроводящие свойства, свечение в темноте, кислото- и жаростойкость, повышенную прочность.
Полимерные защитные пленки образуются на основе полистирола, полипропилена, полиэтилена, фторопластов, эпоксидных смол. Их наносят на изделие окунанием, напылением или вручную кистью. Так обрабатывают чаще всего химическое оборудование, резервуары и емкости. Сходная с этой технология – гуммирование, или покрытие резинами. Защитное резиновое (или эбонитное) покрытие может быть мягким (эластичным) или твердым. Гуммирование наделяет нержавейку диэлектрическими свойствами.
Нержавеющие металлоизделия, эксплуатируемые в сложных условиях (в присутствии агрессивных химикатов, работе в высоко- или низкотемпературном режиме, под давлением), защищают специальными силикатными эмалями. Их наносят на деталь в виде порошка или пасты. Затем изделие подвергается спеканию при температуре выше +800℃.
Самая простая защита нержавейки от коррозии – использование смазок. Этот способ применяют при длительном складском хранении продукции и ее транспортировке. В основе смазок – машинное, вазелиновое и другие минеральные масла, а также воскообразные компоненты, например, парафин.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Какие типы защитных покрытий можно использовать для нержавеющей стали?
Защитить поверхность нержавеющей стали можно покрытием металлическим и неметаллическим. Металлизация не только защищает нержавейку от коррозии, но и делает ее более твердой, износостойкой и декоративной. Эта операция может наноситься напылением расплавленного металла воздушной струей, окунанием в ванну с металлическим расплавом, гальваническим методом, плакированием (нанесением на поверхность детали тонкого слоя другого металла).
Неметаллические покрытия служат не только для противокоррозионной защиты, но и изолируют металлоизделия от внешней среды. Наиболее распространены лакокрасочные покрытия (окрашивание нержавейки, в том числе материалами с особыми свойствами – светящимися, токопроводящими, жаро- или кислотостойкими красками, лаками, эмалями и т.д.) и полимерные. Последние наносятся на деталь в виде горячей смолы, которая остывает и превращается в сплошную прочную пленку толщиной до 2-3 мм.
Также применяется защита нержавеющей стали материалами на основе резины (гуммирование), специальными силикатными эмалями, смазками на базе минерального масла и воскообразных веществ.
Какие химические реагенты могут вызвать коррозию нержавеющей стали?
Коррозию нержавейки могут вызвать галогены – хлор, фтор, бром и йод, иногда (при длительном воздействии) достаточно даже совсем небольших количеств этих элементов в воде или воздухе, чтобы они проникли внутрь металлической структуры и спровоцировали процесс ржавления стали.
Какую температуру можно использовать для защиты нержавеющей стали от коррозии?
Часть легирующих элементов, отвечающих за противокоррозионную защиту нержавейки, просто выгорают от критически высоких температур. Это может случиться, например, в процессе сваривания конструкции из такой стали. Потому готовый сварочный шов нужно сразу после выполнения подвергнуть отжигу при +800℃ для снятия температурных напряжений, а затем обработать водным раствором ингибиторов коррозии, содержащим натрий и хром.
Как правильно очистить поверхность нержавеющей стали перед нанесением защитного покрытия?
Есть четыре способа очистки поверхности нержавейки перед нанесением на нее защитного слоя: механический (абразивный), химический, электрохимический, лазерный.
Механическая (абразивная) очистка выполняется вручную проволочной щеткой или шлифовальным кругом либо на специальном профильном оборудовании. Химическая чистка может быть выполнена травлением, пассивацией, обработкой металла специальными составами. Электрохимическая технология подразумевает воздействие на деталь электрического тока в электролитическом растворе, а лазерный метод – это «срезание» любых загрязнений с поверхности изделия лучом лазера.
Как часто нужно проводить обслуживание и проверку защитных покрытий на нержавеющей стали?
На протяжении практически всего периода эксплуатации изделие из нержавеющей стали сохраняет однородность защитного покрытия. Однако систематически металл должен быть подвергнут осмотру на предмет сохранности наружного слоя. При необходимости его обновляют. Периодичность проверки зависит от условий эксплуатации детали. Если металлоизделие служит в сложных условиях (воздействие агрессивных химических веществ, повышенной влажности, соленой морской воды, работа при критически низких или экстремально высоких температурах и т.д.), проверять состояние покрытия нужно ежемесячно.
Какой тип нержавеющей стали лучше использовать для предотвращения коррозии в определенных условиях?
Тип нержавеющего стального сплава следует выбирать по будущим условиям эксплуатации изделия из него. Так, при температурах выше +500℃ нужна жаростойкая нержавейка, а при +1000℃ и выше – жаропрочная. При низких температурных показателях используют аустенитные коррозионностойкие сплавы, например, AISI 304 или AISI 316. Свою собственную сферу применения имеют кислотоустойчивая и пищевая нержавейка.