Категории

Почему ржавеет «нержавейка»

Почему ржавеет нержавейка

 
Потребители, приобретающие изделия из нержавеющей стали (пищевое и другое промышленное оборудование, сантехнику, фасадные, интерьерные декоративные элементы, столовые приборы и посуду, другое), ожидают, что их металлические поверхности будут долгое время радовать глаз своим благородным металлическим блеском, а целостность их конструкции ни при каких ситуациях не подвергнется никакому сомнению. Каково же бывает их разочарование, когда поверхность изделия из нержавейки покрывается грязными бурыми пятнами коррозии, напрочь теряя свои декоративные свойства. Нередки случаи, когда листовой металл нержавейки может даже проржаветь насквозь!
 
Что же происходит? Почему ржавеет нержавейка? Является ли нержавеющая сталь такой уж и нержавеющей? И почему одни изделия из нержавеющей стали на протяжении многих лет сохраняются в прекрасном состоянии, а другие покрываются отвратительной ржавчиной, теряют свою декоративную привлекательность, а иногда и механическую целостность (корродируют насквозь)?
 
Первой приходит в голову мысль о качестве нержавейки. «Опять подсунули некачественное китайское» - обычно скажет пострадавший потребитель. И будет прав лишь отчасти.
 

Что такое нержавеющая сталь?

Нержавеющими называются высоколегированные стали, насыщенные легирующими элементами, преимущественно такими, как хром, никель, молибден. То есть, это фактически сплавы разных металлов, в которых железо (Fe) выступает основой, преобладающим элементом. Для приобретения таким сплавом коррозионной стойкости процент содержания легирующих элементов имеет определяющее значение.
 
Почему ржавеет нержавейка
 
 
Так, низколегированные стали, в которых доля легирующих элементов составляет до 8 процентов, по своей коррозионной стойкости не сильно превосходят обычные углеродистые стали. В свою очередь, высоколегированные хромистые стали, которые уже обладают хорошей коррозионной стойкостью, имеют содержание легирующих элементов от 10 – 11 процентов и больше. Хром-никелевые стали, которые отлично противостоят коррозии, имеют содержание легирующих элементов уже в районе 30 процентов. Самые лучшие хром-никелевые и хром-никель-молибденовые коррозионностойкие стали имеют легирование на уровне около 50 процентов. А исключительно устойчивые нержавейки, так называемые дуплексные, к тому же имеют сложный (смешанный) кристаллический состав, аустенитно- ферритный или аустенитно-мартенситный.
 

За счет чего нержавеющая сталь противостоит коррозии?

Коррозионная устойчивость нержавеющей стали имеет поверхностный характер. Она имеет место за счет тонкой оксидной пленки, которую образуют на поверхности металла легирующие элементы – хром (оксид хрома Cr2O3) и никель (соответственно, оксид никеля NiO).
 
Такой же характер коррозионной стойкости имеет еще один конструкционный металл – алюминий, образующий на поверхности пленку оксида алюминия (корунда) Al2O3. Но между алюминием и нержавейкой имеется существенная разница – образующаяся корундовая пленка на алюминии весьма толстая, заметная даже невооруженным взглядом, из-за чего алюминий быстро теряет свой металлический блеск (и соответственно – декоративную привлекательность). В свою очередь защитная пленка окислов хрома и никеля на нержавейке очень тонкая, благодаря чему яркий металлический блеск у нержавейки сохраняется на очень продолжительное время.
 
Коррозия
 
К достоинствам защитных окислительных пленок Cr2O3 иNiO на поверхности нержавеющих сталей также относится их высокая скорость образования. Так, даже проделывание глубоких царапин на поверхности детали из нержавейки совершенно не обязательно приводит к образованию здесь очагов коррозии. На этом достоинстве оксидных пленок хрома и никеля основываются основные приемы и способы ухода за нержавеющими сталями, которые заключаются просто в поддержании их поверхности в чистоте, ликвидации условий для образования застойных зон и явлений.
 

Случаи коррозии с не совсем «нержавейкой»

Да, случаи реализации под видом качественной нержавейки сравнительно дешевых низколегированных сталей действительно имеют место. Как известно, коррозионная стойкость низколегированной стали не сильно отличается от таковой у простой углеродистой стали. Если в атмосферных условиях, на открытом воздухе еще некоторое время удается сохранить видимость ее коррозионной стойкости, то при соприкосновении с мало-мальски агрессивными средами (водой, солевыми, щелочными, кислотными растворами) признаки коррозии такого металла скрыть уже практически невозможно.
 
И тем не менее, случаи коррозии нержавейки далеко не сводятся только к качеству металла, проценту содержания в сплаве легирующих элементов. К сожалению, в определенных условиях, корродирует даже качественная нержавеющая сталь.
 

Так почему ржавеет нержавейка, даже качественная?

Наличие коррозионных очагов на поверхности даже качественной нержавеющей стали, самых популярных марок 304 или 316 – широко известное и распространенное явление. Что же стает их причиной?
 
почему ржавеет нержавейка, даже качественная
Повсеместно распространенные хлор и хлориды (например, в составе бытовой химии), а также другие галогены и их соединения (бром, фтор, йод) являются «злейшими врагами» оксида хрома Cr2O3. Потому даже непродолжительный контакт нержавеющей стали с хлорсодержащими веществами, такими как хлорные отбеливатели или чистящие средства (типа «Белизны») может привести к образованию на ней точечных, и даже площадных очагов коррозии. Также высоколегированная нержавейка плохо противостоит длительному контакту с соленой морской водой, где хлор присутствует в виде ионов, как результат диссоциации соли NaCl. Забегая наперед, отметим, что добавление в состав нержавеющей стали легирующего элемента молибдена в количестве 3 – 4 процентов позволяет существенно повысить ее стойкость к воздействию хлора и хлоридов.
 
Кроме повреждения галогенами и галогенидами, коррозия нержавеющей стали может иметь и высокотемпературную природу, связанную с процессом выжигания из ее состава легирующих элементов. В результате, лишенная части хрома и никеля, нержавейка в местах высокотемпературного контакта корродирует по типу обычной углеродистой стали. Это может происходить в районе сварочного шва, или в местах абразивной заточки режущего инструмента, изготовленного из нержавейки.
 

Виды коррозии нержавеющей стали

Как теперь уже ясно, условия для коррозии нержавеющей стали возникают в местах, где создаются условия для долговременного нарушения целостности защитной оксидной пленки.
  1. Щелевая коррозия. Обычно происходит в области щелей, которые образуются между разными деталями и разными материалами, в районе стыков, крепежных элементов, прокладок и т.д. В щелевых зазорах образуются застойные зоны, в которых возникает дефицит кислорода, и переизбыток хлоридов. Скопившиеся хлориды повреждают на поверхности металла защитную оксидную пленку, и препятствуют ее восстановлению. В результате, в месте такого повреждения возникает анодная зона, а зона снаружи с избытком кислорода играет роль катодной зоны. Начавшись на поверхности под химическим воздействием, дальнейшая коррозия развивается в глубь металла по электрохимическому принципу.
     
  2. Точечная коррозия. Механизм ее возникновения практически такой же, как и у щелевой. Начало ему дает точечное химическое повреждение хлоридами (галогенидами) защитной оксидной пленки в местах застойных явлений с дефицитом кислорода, образующихся в районах глубоких царапин, налипших загрязнений, которые образуются на поверхности металла. Если такое застойное явление существует продолжительное время, то на поверхности металла возникают точечные питинги, и коррозия продолжает проникать в глубь металла, уже в условиях развития электрохимического процесса. Так, достаточно высокой является вероятность поражения точечной коррозией даже поверхности целостной (не поцарапанной) нержавейки, имеющей высокую шероховатость (низкий квалитет обработки), которая способствует налипанию и накоплению на ней загрязнений. В то же время наилучшим образом противостоит точечной коррозии максимально гладкая, шлифованная или полированная поверхность деталей из нержавеющей стали, на которой условия для налипания и накопления загрязнений самые худшие.
     
  3. Коррозия сварочного шва. В районе высокотемпературного сварочного шва, которым соединяются разные детали из нержавеющей стали, существует высокая вероятность возникновения коррозии металла. Во-первых, в этом месте наблюдается частичное выжигание из состава металла легирующих элементов. А во-вторых, поверхность сварочного шва, как правило, имеет высокую степень шероховатости, вплоть до образования пористой и щелевой структуры, которые способствуют возникновению коррозии по щелевому и точечному типу.
     
  4. Сенсибилизация металла (ножевая коррозия). Сенсибилизация нержавеющей стали – это разновидность коррозии металла, которая развивается в межкристаллическом пространстве, ставая причиной выпадения из его кристаллической структуры целых металлических зерен, с образованием на поверхности локализованных глубоких каверн и раковин. Наиболее часто сенсибилизация наблюдается на поверхности режущих инструментов из нержавеющей стали, постоянно подвергающихся местному перегреву при их затачивании абразивным инструментом.
Ржавчина
 
Таким образом, нержавеющая сталь, при ближайшем рассмотрении, оказывается не такой уже и коррозионностойкой. В определенных условиях: при контакте с хлоридами, фторидами, йодом, бромом, при длительном воздействии морской воды и других концентрированных солевых растворов, в условиях длительного загрязнения, в застойных условиях щелевых структур – коррозия нержавейки стает практически неизбежным явлением. Что резко подрывает ценность ее применения как в декоративных, так и технологических целях.
 
Но ситуация с коррозионной стойкостью нержавеющих сталей, даже в сложных условиях эксплуатации, является далеко не безнадежной. Ведь люди давно научились бороться с различными видами и проявлениями коррозии металлов. Для этого практикуются соответствующие приемы и способы защиты металлов от коррозии, и нержавеющая сталь в этом ряду не является исключением.