100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему не ржавеет нержавейка?

Почему нержавеющая сталь не ржавеет?

Эффективно сопротивляющиеся появлению ржавчины металлические изделия стали настоящим прорывом в сфере металлургии. Еще до разработки подобных сплавов человек пытался найти способ защитить металл от повреждений во влажной среде, но все попытки красить, лакировать, покрывать маслом железные детали оказывались тщетными.

Получить желаемый результат удалось, дополнив железные сплавы дополнительными элементами – хромом, никелем и др. Такая сталь получила название «легированная нержавеющая сталь» и стремительно обрела популярность среди производителей в разных сферах промышленности.

Группы нержавеющих сталей

В основе любого стального сплава находится железо. А вот то, какие элементы и в каких массовых долях его дополняют, определяет принадлежность марки к одной из групп. Всего их выделяют 5, но наибольшую востребованность получили сплавы трех категорий:

Вид сталиТвердостьКоррозийная стойкостьМагнитные свойстваУстойчивость к агрессивным средам
ФерритныеСредняяВысокая++
МартенситныеОчень высокаяСредняя++
АустенитныеВысокаяВысокая+

Примерно 90% общего потребления стали на мировом рынке отдано аустенитным сплавам. Они легко поддаются тепловой обработке, сварке, просты в использовании. Стоимость нержавеющей стали данной группы также сравнительно невысока.

Секрет нержавейки – в составе

Степень стойкости марок к коррозии зависит от величины массовой доли хрома и никеля, добавленных в сплав. Под их воздействием на поверхности металла образуется тончайшая оксидная пленка, не допускающая разрушения структуры под действием факторов извне. Будет ли нарушен этот слой при механическом повреждении поверхности детали?

купить нержавеющую сталь

Особенность высоколегированных сталей состоит в способности самовосстанавливать защиту на структурном уровне. Трещины, царапины, срезы не станут причиной появления ржавчины. При нарушении оксидного слоя он моментально образуется вновь, покрывая все зоны металлической детали. Такие изделия могут длительный период времени находиться во влажной среде без вреда для их качества.

Не всегда коррозиеустойчивости популярных марок достаточно для выполнения поставленных перед стальными деталями задач. Так, в пищевой, химической, нефтегазовой промышленности, автомобиле- и судостроении и других сферах, где воздействия агрессивных сред не избежать, используют сталь с дополнительными усиливающими компонентами.

молибден

Молибден – один из наиболее распространенных и применяемых элементов для увеличения функциональных возможностей стальных сплавов. Купить нержавеющую сталь с включением молибдена предпочитают производители, продукция которых контактирует с серной, борной, уксусной и другими сильными кислотами, морской водой, хлористой средой. Такая нержавейка еще называется «морской».

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.
Читайте так же:
Самые большие жуки в мире – список, размеры, названия, где водятся, фото и видео

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
составматериал
AISI 316 L 1.4404AISI 304 L 1.4301
Углерод (С %)макс. 0,03макс. 0,07
Хром (Cr %)16,5 — 18,517,0 — 19,0
Никель (Ni %)11,0 — 14,08,5 — 10,5
Молибден (Mo %)2,0 — 2,5
Марганец (Mn %)макс. 2,0макс. 2,0
Кремний (Si %)макс. 1,0макс. 1,0
Сера (S %)макс. 0,03макс. 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:

Читайте так же:
10 признаков, что вы эмпат — рассматриваем в общих чертах
марка AISI 316
Температура20°80°
Концентрация, % к массе10204060801001020406080100
Серная Кислота1221222222
Азотная Кислота112
Фосфорная Кислота1212
Муравьиная Кислота112111
маркаAISI 304
Температура20°80°
Концентрация, % к массе10204060801001020406080100
Серная Кислота22221222222
Азотная Кислота212
Фосфорная Кислота212
Муравьиная Кислота1221

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

Почему ржавеет нержавейка?

Почему ржавеет нержавейка? Причины коррозии нержавеющей стали

Возникновение ржавчины на нержавеющей стали ставит в ступор многих людей. Если материал носит название «нержавеющая сталь», то почему же нержавейка может окисляться, темнеть, чернеть и ржаветь? На самом деле, при неправильной обработке детали или при нарушенной эксплуатации, ржавчина может появиться даже на самой качественной нержавеющей стали.

Если в составе нержавейки не больше 10% хрома, то исключить появление коррозии практически невозможно. Даже на поверхности аустенитной стали, в которой находится 20% хрома и 8% никеля, может образоваться ржавчина. Для того чтобы продлить срок службы детали из нержавеющей стали, необходимо понять, как правильно пользоваться материалом и исключить возникновение дефектов структуры.

Какая «нержавеющая» сталь не будет ржаветь

Снизить риск и недопустить ржавление на нержавеющей стали можно при добавлении специальных химических элементов в состав сплава: это могут быть хром, никель, вольфрам, ванадий, молибден, кремний, марганец, титан. Такая сталь будет называться легированной. Изменение состава сплава приводит к улучшению физических свойств стали. Легированный материал приобретает качества, которых нет у обычной углеродистой стали, и избавляется от ее недостатки. При должной эксплуатации такая нержавейка не будет ржаветь. Готовые изделия из нержавейки безопасны для применения даже в пищевой и медицинской сфере, такая продукция экологична и отвечает всем требованиям безопасности.

В зависимости от пропорций содержания добавок выделяют низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Высоколегированная сталь является наиболее популярным вариантом для применения в разных сферах промышленности. Сплав противостоит возникновению коррозии нержавейки в агрессивных средах и атмосфере. Улучшенные качества металлу придают легирующие добавки, в первую очередь это хром и никель. От процента содержания химических элементов зависит марка нержавеющей стали, ее антикоррозийные свойства и внешний вид.

Аустенитная нержавеющая сталь. Стали этой группы широко используют в промышленности для изготовления крепежных деталей. Сплав немагнитный. Хорошо подвергается сварке и тепловой обработке. В составе может быть 15-20% хрома и 5-15% никеля. Процентное содержание добавок зависит от марки нержавейки.

Ферритные марки нержавейки. За счет низкого содержания углерода ферритные стали становятся более мягкими и пластичными. Сплавы этой группы обладают магнитными свойствами. Их часто применяют для изготовления деталей, взаимодействующих с агрессивной средой, т.к. ферритные сплавы имеют высокий уровень устойчивости к образованию коррозии.

Мартенситные марки нержавейки. Группа сплавов с повышенным содержанием углерода, что делает сталь наиболее прочной и твердой. Некоторые марки могут быть магнитными. Эта группа наименее коррозионностойкая. Используется, например, для изготовления столовых и режущих приборов.

Читайте так же:
Как узнать, существует еще звезда или остался только ее свет?

Комбинированные марки. Эта группа сталей сочетает в себе достоинства сразу нескольких групп.

Преимущества нержавеющих сталей:

  • Долгий срок службы при правильной эксплуатации;
  • Простота изготовления;
  • Устойчивость к коррозии;
  • Прочность;
  • Гигиеничность и экологическая безопасность;
  • Эстетичный внешний вид.

В каких сферах промышленности используется нержавеющая сталь:

  • Архитектура и строительство;
  • Изготовление бытовых приборов;
  • Пищевая промышленность;
  • Целлюлозно-бумажное производство;
  • Нефтехимическая и химическая промышленность;
  • Домашнее хозяйство;
  • Энергетика;
  • Охрана окружающей среды;
  • Машиностроение.

Условия и причины разрушения защитного слоя нержавеющей стали

Нержавейка получает свои улучшенные качества при добавлении легирующих элементов в состав сплава. В основном этими добавками служит хром, никель, молибден. В первую очередь за антикоррозийные свойства отвечает хром, чем больше его в составе, тем лучше формируется антикоррозийный слой на поверхности металла. Атомы хлора вступают в реакцию с кислородом, впоследствии чего образуется оксидная пленка.

Соответственно, больше всего подвержены коррозии те сплавы, в которых меньше легирующих добавок в составе, в частности хрома и никеля.

Внешний слой сплава может портиться от контакта с железом. Это возможно, например, при неправильной сварке, когда на поверхность попадают частички железа. Если после этого плохо провести обработку детали, на сварочном шве появятся коррозионные вкрапления, которые впоследствии будут увеличиваться.

Разрушение защитного слоя на нержавейке и возникновение коррозии обусловлено несколькими факторами:

  • Неправильная обработка поверхности металла. При нарушенной технологии сварки или шлифовки детали образуются микродефекты, которые приводят к разрушению оксидной пленки.
  • Использование некачественных материалов. Это относится к низкосортной стали, когда экономия денег сказывается на качестве сплава.
  • Неправильная эксплуатация.

Во избежание возникновения ржавчины на нержавейке следует тщательно подходить к выбору предприятия, занимающимся изготовлением и продажей нержавейки. Обязательным критерием выбора должен послужить опыт работников и заключение договора с гарантийными условиями.

Если вам поступило предложение купить нержавейку по цене ниже рыночной, то стоит задуматься о качестве материала.

Виды коррозии нержавеющей стали

Основными разновидностями коррозии являются:

  1. Общая коррозия. Данный вид характеризуется разрушением оксидной пленки на всей поверхности стали. В зависимости от характера распространения такая коррозия может быть равномерной или неравномерной. При проникновении галогенов (фтора, хлора, брома, йода) через защитный слой начинается активный процесс образования ржавчины на нержавеющей стали. Общая коррозия может возникнуть даже от простой водопроводной воды, ведь в ее составе присутствуют химические частицы, способные разрушить оксидную пленку. Поэтому при чистке нержавейки нельзя использовать хлорсодержащие средства. Для очистки поверхности нержавеющей стали следует применять только специальные чистящие средства. Они должны соответствовать требованиям СанПиН, СНиП и ГОСТ. Уровень рН должен находиться в пределах 7,2 — 7,6.
  2. Щелевая коррозия. Возникает при образовании небольшого зазора в деталях из нержавеющих сталей. Этот процесс можно заметить, например, при использовании крепежных элементов в морской воде. Хлор, содержащийся в жидкости, смывает оксидную пленку. При отсутствии кислорода процесс продолжается стремительно.
  3. Питтинг(он же язвенная коррозия, точечная коррозия). Проявляется при малейшем поражении защитного слоя и воздействии агрессивной среды на поверхность. В поврежденном месте сталь становится анодом, а пассивированная часть – катодом. В результате этого анод начинает быстрее растворяться, вызывая питтинговую коррозию нержавеющей стали.
  4. Гальваническая коррозия. Гальванокоррозия похожа на точечный вид образования ржавчины. Данная электрохимическая коррозия нержавеющей стали возникает во время контакта разного типа металлов в агрессивной токопроводящей среде.
  5. Межкристаллитная коррозия(она же мкк коррозия или транскристаллитная коррозия). Такой вид образования ржавчины возникает при сверхвысоких температурах, чаще всего при сварке.
  6. Эрозионная коррозия. Возникает в результате воздействия на поверхность нержавейки абразивной жидкости, разрушающей защитный слой и приводящей к эрозии.
Читайте так же:
Что такое время, простое объяснение

Как бороться с коррозией нержавеющей стали?

В первую очередь, сталь должна храниться и изготавливаться по особой технологии. На металлургических заводах должны соблюдаться все требования, относящиеся к эксплуатации нержавейки. Должны предотвращаться ситуации, в ходе которых частицы нелегированного металла могут попасть на нержавеющую сталь.

В целях защиты нержавеющей стали от коррозии требуется исключить близкий контакт стали с обычным металлом. Это правило касается и других инструментов, применяемых для изготовления деталей. Запрещено использовать металлическую щетку для зачистки поверхности необработанного металла на легированной стали.

Использование нержавеющей стали в соляной и серной кислоте приводит к образованию ржавчины, следовательно, необходимо исключить применение сплава в агрессивных средах.

Также для защиты нержавейки от коррозии следует добавлять в сплав легирующие компоненты, это повысит антикоррозийные свойства стали. Чем больше их процентное содержание, тем выше стойкость к коррозии.

Не рекомендуется также использовать хлорсодержащие средства для обработки и чистки поверхности.

Правила ухода за нержавеющей сталью

Нержавейка – долговечный материал, способный сохранять свой первоначальный внешний вид и технические характеристики долгое время. Главное, правильно за ней ухаживать. Для этого необходимо знать, что нужно делать в различных ситуациях.

Рекомендуется:

  • Во время механической обработки совершать движения вдоль линий или рисунка.
  • Использовать мягкие материалы для чистки поверхности. Даже использование бумажных салфеток может привести к целостному нарушению оксидной пленки, поэтому будьте аккуратны.
  • Если на поверхности имеются застарелые пятна, то для начала их следует размочить. Иначе механическое воздействие станет причиной появления царапин, а впоследствии и ржавчины на нержавейке.
  • Применять только специальные средства, предназначенные для очистки нержавеющей стали.
  • Жирные пятна удалять при помощи мыльного или спиртового раствора. «Мыть» нержавейку можно только органическими средствами.
  • Перед протиранием изделия пыль и другие мелкие частицы желательно стряхнуть кистью.

Запрещается:

  • Использовать абразивные средства;
  • Применять хлорсодержащие моющие средства;
  • Использовать твердые губки и мочалки;
  • Допускать контакт нержавейки с обычными углеродистыми сталями.

Все это приводит к разрушению защитного слоя нержавеющей стали и станет отличным поводом для образования коррозии на поверхности.

Также есть специфика ухода за нержавейкой в зависимости от текстуры материала.

Шлифованная нержавеющая сталь имеет микроцарапины на поверхности. В зависимости от их направления поверхность нержавейки можно разделить на несколько разновидностей:

  • Продольная шлифовка;
  • Поперечная шлифовка;
  • Хаотичная шлифовка;
  • Вибрейшн.

Для того чтобы произвести качественную очистку поверхности нержавеющей стали и не повредить защитный слой, следует совершать все движения по направлению микроцарапин. Не рекомендуется использовать круговые движения.

Текстурированная сталь имеет глубокий рисунок. За счет своей текстуры на ней менее заметны царапины, отпечатки и загрязнения. Правила ухода за таким видом нержавейки остаются теми же, что и за шлифованной поверхностью. Разница будет заметна только после очистки, так как текстурированная сталь остается чистой более долгое время.

Соблюдая рекомендации по уходу за нержавеющей сталью, вы обеспечите долгий срок службы изделиям и снизите риск возникновения коррозии. Регулярная обработка поверхности специальными средствами сохранит первоначальный внешний вид и будет способствовать восстановлению защитной оксидной пленки.

Комментарии 4

Вот уж нет! Очень даже ржавеет! Каждый, у кого в доме есть (ну, то есть, была) стиральная машинка с баком из нержавейки, прекрасно знает: Бак ржавеет! Но не везде, а только в местах точечной сварки. И через какое- то время в этих местах прогнивает насквозь. Вот на этом же погорел проект нержавеющего самолета конструктора Бартини. Хороший самолет получился! Но почти сразу обнаружилась точечная коррозия в местах сварки. Листы для обшивки пришлось катать очень тонкими (а поэтому дорогими). Чтобы листы не прогибались и сохраняли заданную форму, пришлось усиливать эти листы специальными сложно изогнутыми профилями из той же нержавейки. Профили крепились сварными точками. И именно в этих точках металл быстро прогнивал насквозь! Почему так получилось?

Читайте так же:
11 интересных фактов о ногтях — освещаем в общих чертах

Дело в том, что сварка нарушает химический состав металла. Меняется и его кристаллическая структура. Вот между кристалликами и возникала гальваническая межкристалллитная коррозия.

Издавна известен и широко применяется другой способ защиты от коррозии: воронение. Это всем хорошо известное черное покрытие на стальных изделиях. Покрытие это представляет собой плотную пленку окисла железа. Получают ее путем окисления сильным окислителем. При его воздействии окисная пленка получается плотной и сплошной, тогда как в процессе естественного окисления на воздухе получается рыхлый слой ржавчины- гидратированная окись железа.

Та же проблема существует и в мире авиации- в алюминиевых сплавах. Вообще- то алюминий- очень активный металл и на воздухе быстро покрывается окисной пленкой. Она плотная и предохраняет внутренние слои от окисления. Часто эту пленку создают специально: Это называется пассивированием. Пассивированный слой обычно пропитывают красителем- и получается очень красиво!

Хуже обстоит дело со сплавами- дюралюминием. Это сложный сплав, куда входит алюминий, кремний, медь и куча специальных присадок. Вот такие сплавы очень даже успешно «ржавеют». Окисляются, то есть. Поэтому листы авиационного дюраля плакируют- то есть, покрывают тонким слоем чистого алюминия. Ну, и, конечно, тщательно прокрашивают всю конструкцию лаком.

Для того, чтобы металл ржавел, необходимы 2 химических вещества: Кислород и вода. В морской воде коррозия протекает особенно быстро. Но вот Титаник оказался в удивительно хорошем состоянии! Это потому, что на глубине (он затонул на глубине около 5000 м) нет кислорода. И все же проекты поднять его обречены не неудачу! Коррозия хоть и очень медленная, но все же идет. Это называется «питтинговая коррозия»- то есть, металл корродирует в отдельных точках- там, где был местный перегрев, в местах клепки.

Так что любая попытка его поднять приведет к тому, что корпус рассыпется на куски. Но даже, если и удастся его поднять- то, соприкоснувшись с теплой водой, насыщенной кислородом, питтинговые точки быстро проржавеют насквозь- и музейный экспонат рассыплется в ржавую труху!

И еще расскажу об одном интересном способе защиты от коррозии. Он называется «катодная защита». Дело в том, что любое окисление- это, с точки зрения химии, есть передача электронов. То есть, когда металл ржавеет, в нем вырабатывается электрический ток! Кстати: Именно на этом принципе работает батарейка. Итак, если мы сможем воспрепятствовать переходу электронов- то окисление остановится. Для этого к стальной конструкции подводят постоянное напряжение от специального выпрямителя. Так защищают, например, мосты. Напряжение должно быть очень низким (около 2..4 в) при токе в десятки ампер. Раньше делали проще: Закапывали рядом с мостом кусок цинка и соединяли его проводом с конструкцией.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию