Ржавеет ли нержавейка? Причины проблемы и способы борьбы с ней

• Отличие нержавейки от простой стали
• Факторы, вызывающие коррозию
• Точечная коррозия
• Биметаллическая/гальваническая коррозия
• «Пересадка» простого железа
• Интеркристаллическая коррозия
• Щелевая коррозия
• Эрозивная коррозия

По общему мнению, нержавеющая сталь – это суперсплав, который никогда не ржавеет. Но это предположение не совсем верно, ведь при определенных условиях даже нержавейка подвержена коррозии.
Существует четыре основных типа нержавеющих сталей: аустенитная, ферритная, мартенситная и дуплексная.

1. Аустенитная является доминирующей в промышленности и составляет более 70% от общего объема производства. В ее составе присутствует максимум 0,15% углерода и минимум 16% хрома, что обеспечивает очень надежную защиту от ржавчины.
2. Ферритная имеет более низкую коррозионную стойкость по сравнению с аустенитными марками, но работает лучше, чем мартенситная.
3. Мартенситная образуется в процессе закалки (быстрого охлаждения) аустенитной стали. Она отличается высочайшей стойкостью к истиранию и высокой прочностью. Этот тип стали используется во многих малоинвазивных средах, в том числе при производстве хирургических инструментов.
4. Дуплексные стали, имеющие в себе аустенитную и ферритную фазы, обладают высокой стойкостью к локальной коррозии, особенно к точечной, щелевой и коррозионному растрескиванию под напряжением.

Так почему ржавеет нержавейка? Поговорим об этом ниже.

Может ли нержавейка ржаветь?

Существует три группы нержавеющих сталей, каждая из которых имеет свои особенности и специфику применения:

1. Коррозионностойкая сталь. Имеет высокую стойкость к коррозии в неосложненных условиях – в быту, на производстве.
2. Жаростойкая сталь. Обладает термостойкостью, не ржавеет при повышенных температурах, может применяться на химических заводах.
3. 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.

Чем отличаются области применения холоднокатаного листа от горячекатаного?

Разница в свойствах обуславливает различные сферы использования.

Горячекатаный лист чаще всего применяется:

• в строительстве – для изготовления несущих покрытий;
• в судо-, авиа- и машиностроении;
• для создания конструкций на сварных, болтовых, клепочных соединениях;
• для изготовления сварных труб.

Области применения холоднокатаного листового проката:

• производство профнастила, гладкого оцинкованного листа;
• автомобилестроение;
• получение жести – тонкого листа или ленты с защитным, чаще всего оловянным, покрытием, используемой для изготовления консервных банок;
• травленный отожженный лист – декапир – применяется для изготовления эмалированной посуды.

Благодаря высокому качеству поверхности, холоднокатаный лист хорошо воспринимает порошковое окрашивание, хромирование, никелирование.

Источник

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.

Краткие сведения

Холоднокатаный лист (Х/К) — плоское металлическое изделие, которое имеет вид длинных полос. Х/К-изделия обычно делают из стальных сплавов, однако встречаются листы и из других металлов (алюминий, медь, дюралюминиевые сплавы, латунь). Холодные листы изготавливают в металлургических цехах с помощью прессования горячекатаных листов. Х/К-листы используют для производства автомобильных каркасов, жестяных банок и коробок, металлической посуды, профнастила.

Холодная сталь выпускается в виде больших длинных рулонов, а для получения отдельного прямоугольника листовой металл нарезаются на отдельные части с помощью промышленных ножниц. Большинство холоднокатаных полос обладают небольшой толщиной — от 0,35 до 2 миллиметров. Хотя встречаются и толстые изделия, у которых толщина может доходить до 5 миллиметров. Ширина холодной листовой стали обычно находится в пределах от 1,5 до 5 метров, хотя встречаются и более широкие изделия. Х/К-изделия при необходимости могут проходить дополнительную обработку — нагрев, дрессировка, оцинковка, механическая деформация, нанесение защитного слоя, покраска.

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:

1. Скопление агрессивных ионов в зазоре, вытеснение кислорода.
2. Появление анода в зазоре (материал вне зазора при этом играет роль катода).
3. 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.

Горячекатаные и холоднокатаные стальные листы: отличия и сфера применения

Одним из вариантом выплавки стали является производство холоднокатаных листов. Они обладают средней или большой длиной и шириной. А вот толщина может быть небольшой — от 0,35 до 5 миллиметров. Холоднокатаный лист производят методом холодной прокатки на металлургических заводах. Применяется он для производства различных небольших изделий и запчастей, а также для изготовления внешних ограждений, навесных конструкций. Какими физическими особенностями обладает материал? Как производят прокат листовой холоднокатаный? И чем он отличаются от горячекатаных изделий? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

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:

Холоднокатаные листы

• высокая точность и сокращение потерь материала за счет отсутствия излишков;
• прочность и устойчивость к коррозии;
• достаточно хорошие показатели свариваемости, что позволяет применять все виды сварки, а также высокое качество сварных швов;
• возможность использовать все технологии обработки от коррозии – оцинковка, порошковое окрашивание;
• пластичность, благодаря которой изготавливают штампованные детали.

• главный минус – ограниченная толщина листа в 5 мм;
• высокая стоимость по сравнению с горячекатаным листом.

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:

1. 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.
2. Уменьшение содержания углерода. Если концентрация вещества будет менее 0,03%, то металл станет практически не подверженным межкристаллитной коррозии.
3. 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.

Условия, в которых появляется ржавчина

Особенных условий, при которых появляются вкрапления ржавчины на поверхности нержавеющего металла, не нужно. Достаточно незначительного снижения концентрации хрома в сплаве, чтобы поверхность стала восприимчива к разрушающим внешним воздействиям. Еще одним условием, при котором внешний слой начинает портиться ‒ контакт железа с нержавеющей поверхностью.

Условием, при котором возникает нарушение защищенного хромом слоя металла, является неправильная технология сварки. На поверхность нержавейки попадают частички железа. Если потом плохо зачистить поверхность, то мельчайшие частицы приводят к проявлению вкраплений коррозии на нержавейке. Плохо зачищенный сварной шов, точнее площадь вокруг места сварки покрыта не только остатками железа, но и шлаком, брызгами от сварки, флюсом. Вкрапления не всегда будут развиваться в полноценную коррозию со сквозными дырами. Даже самый идеальный шов будет выглядеть неопрятно, если не зачистить поверхность вокруг, не убрать дефекты. В каталоге на нашем сайте вы можете купить нержавеющую бесшовную трубу 12х18н10т – способ избежать рисков, которые возникают при сварке.

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.

Отличие свойств горячекатаного листа от характеристик холоднокатаного

В результате применения разных технологий получают листы, свойства которых различаются в значительной степени. Выбор холоднокатаного или горячекатаного листа зависит от функционального назначения.

Преимущества горячего деформирования

• Возможность получать продукцию в широком диапазоне толщин – 0,4 (реально 1,2)-200 мм.
• Относительно небольшая себестоимость процесса.
• Более высокая коррозионная стойкость, по сравнению с результатом холодного деформирования.

Недостатки горячей прокатки:

• невозможность получения качественного тонкого листа;
• поверхность неровная, с опуском в центре, низкокачественная, вероятно присутствие окалины;
• низкая точность размеров;
• при сварке лист может «вести».

Преимущества холоднокатаного листа:

• возможность получения плоских изделий толщиной в несколько микрон;
• высокая точность геометрии;
• ровная, качественная поверхность, продукция может использоваться для изготовления изделий, в которых важна эстетическая составляющая;
• не «ведет» при сварке.

Недостатки этой продукции

• малая коррозионная устойчивость на воздухе без антикоррозионной поверхностной обработки;
• часто – пониженная пластичность;
• высокая себестоимость изготовления, обусловленная использованием широкого ассортимента сложного оборудования и высокой энергоемкостью процесса.

Особенности материала

• Высокая прочность. Прокат листовой холоднокатаный проходит ряд технологических обработок, которые устраняют внутренние натяжения сплава, улучшают прочность материала.
• Маленькая толщина. Х/К-изделие получают методом многократного прессования, что позволяет получить изделие маленькой толщины (менее 1 миллиметра).
• Приятный вид. Поверхность холодного проката является чистой (отсутствует накипь, гари, следы термического воздействия). Поэтому материал можно использовать для эстетической отделки поверхности или изделий.
• Низкий риск образования ржавчины. В конце обработки Х/К-изделий обычно выполняется нагрев материала для рекристаллизации, что минимизирует риск коррозии при длительной эксплуатации.

Обратите внимание, что помимо холоднокатаных существует также горячекатаные листы. Эти материалы имеют много общего, а Х/К-изделия получают из горячекатаных листов с помощью прессования.

Основные отличия холоднокатаной и горячекатаной стали

Технология производства

С технологической точки зрения производство Х/К-стали является трудоемким процессом, для которого нужно дополнительное оборудование, электроэнергия, квалифицированные рабочие. Обычно холоднокатаную сталь делают в специальных цехах на металлургических заводах, а домашнее производство таких материалов практически невозможно. Для удобства производств Х/К-материалов можно разбить на три этапа — предварительная обработка, обкатка и прессование, финальная обработка. Ниже мы рассмотрим этапы более подробно.

Начальная обработка

Для изготовления холоднокатаного проката применяются горячекатаные листы, толщина которых составляет от 2 до 10 миллиметров. После выплавки и обработки горячий прокат проходит этап естественного остывания, а потом его упаковывают в рулоны и подают в цех холодного проката. В цеху материал распаковывают и укладывают на конвейерный стол. На начальном этапе обработки выполняется очистка горячего проката, а также удаление оксидной пленки-окалины. Этот этап является очень важным, поскольку в случае проката материала с окалиной оксидная пленка будет вдавливаться в материал, что серьезно снизит его физические свойства, а также может повредить прессы-валки.

Очистка окалины выполняется двумя методами:

• Механическая очистка. В данном случае очистка окалины осуществляется с помощью потока металлических частиц, которые распыляются по всей поверхности листа под большим давлением. Для обработки больших листов обработка выполняется с помощью ручных инструментов (рабочий надевает костюм, берет инструмент и выполняет зачистку). В случае компактных изделий прокат может помещаться в специальные камеры, где обработка будет выполняться автоматическим методом.
• Химическая очистка. В данном случае обработка выполняется с помощью сильных кислот (соляная, серная, азотная, фосфорная). Обработка выполняется в крупных травильных ваннах с кислотами, куда на небольшое время помещается прокатная сталь. После травления металлическая поверхность очищается от остатков кислот, а потом прокатный лист вытирается насухо и высушивается.

На практике оба метода используются в комплексе — сперва материал проходит химическую очистку, а потом выполняется дробеструйная обработка. Комбинирование этих методов позволяет полностью снять защитную пленку с поверхности металлического листа. Также комбинированная методика является менее затратной в технологическом плане, что помогает снизить расходы на производство изделия. После очистки окалины металл сматывается с рулоны с помощью автоматического оборудования.

Обкатка, прессование

После очистки окалины рулоны подаются на стан непрерывной обкатки горячекатаных полос. Металлургический стан обычно оснащен пятью или четырьмя клетями-прессами, которые выполняют обкатку и прессование материала. На линии также должно быть установлено вспомогательное оборудование помимо прессов — валки-разматывали, металлические ножницы, сварочный автомат и другие. Прессование, обкатка выполняется следующим образом:

1. Металлический рулон попадает на аппарат-разматыватель, который разматывает и подает полосы на линию. Сразу за разматывателем располагаются клеть и ножницы, которые при необходимости выполняет обжимку и нарезку материала (механическим или гидравлическим способом).
2. После прохождения полосы через первую клеть материал попадает на вторую и последующие клети, где также выполняется его обжим и нарезка. В конце изделие попадает на барабан, который сматывает полосу в рулоны. Обратите внимание, что на начальном этапе обкатка происходит на небольшой скорости.
3. После прохождения конца рулона через все клети спрессованный прокат упаковывается в рулон. После нескольких витков скорость обработки увеличивается до 1-3 метров в секунду. Это позволяет выполнить обкатку быстро. Когда рулон подходит к концу, скорость обработки вновь уменьшается.

Как определить массу проката?

На заводах или фабриках для определения веса холоднокатаной полосы используют промышленные электронные весы. Процедура взвешивания осуществляется стандартным образом — на весы помещается полоса, а через несколько секунд на табло отображается вес объекта в килограммах или тоннах. Также существуют косвенные методы определения весов листового проката. Самый популярных из них — использование расчетной формулы, которая выглядит так: W = P x L x W x H. Расшифровывается формула так:

• P — плотность стального изделия. Значение плотности напрямую зависит от состава металлического сплава. В зависимости от количество легирующих добавок плотность стали составляет от 7700 до 7900 кг на кубический метр. Для удобства подсчетов мы возьмем среднее значение плотности — 7800 килограмм на куб (погрешность подсчетов — менее 3%).
• L (Length) — длина изделия. Обратите внимание, что значение длины нужно брать в метрах. Если у Вас есть длина в сантиметрах, то это значение нужно разделить на 100.
• W (Width) — ширина изделия, выраженная в метрах. Если у Вас есть значение ширины, выраженное в сантиметрах, то это значение нужно также разделить на 100.
• H (Height) — высота листа, переведенная в метры. Высоту часто указывают в сантиметрах или миллиметрах. Чтобы перевести это значение в метры, нужно разделить на 100 (сантиметры) или на 1000 (миллиметры).

Чтобы разобраться с этой формулой, рассмотрим пример. Пусть у на есть холодный прокат; его длина — 500 сантиметров, ширина 100 сантиметров, высота 25 миллиметров. Нужно определить его массу, приняв за параметр плотности значение 7800 килограмм на куб. Чтобы решить задачу, нужно сперва перевести длину/ширину/высоту в метры — это будет 5 метров, 1 метр и 0,025 метров соответственно. Теперь подставим значения в формулу: W = P x L x W x H = 7800 x 5 x 1 x 0,025 = 975 килограмм. Не забывайте — это формула подходит для определения массы прямоугольных листов. Если у Вас имеется холоднокатаный лист, который обладает нестандартной формой или сильно закругленными краями, то эту формулу использовать нельзя.

Свойства горячекатаного проката

Горячекатаный листовой прокат отличается шероховатой поверхностью. Готовый лист имеет скругленные неточные углы. Если они обрезаются, материал маркируется индексом О, если он поставляется без обрезки, он получает индекс НО. Толщина этого типа стали неравномерна, ей характерен высокий процент содержания окалины.

Сортамент г/к листа по ГОСТ

Принятые нормативы делят горячекатаный лист металла на типы по толщине и сфере использования. Сейчас действуют ГОСТы с номерами:

• 14637-89, описывающий параметры толстолистового г/к проката толщиной 4-160 мм нормального качества, производимого из углеродистых сталей;
• 16523-97, определяющий свойства тонкого г/к проката до 3,9 мм;
• 5520-79, нормирующего выпуск толстолистовой г/к продукции толщиной 4-160 мм, основой которых служат углеродистые, низколегированные, легированные стали, применяемой для изготовления котельного оборудования, промышленных сосудов;
• 5521-93, описывающий листы нормальной и повышенной прочности толщиной 4-60 мм, выпускаемые из стали с увеличенной долей марганца для использования в судостроении;
• 6713-91, задающий параметры толстолистового проката из низколегированных марок для строительства мостов (обычных и северных);
• Р 55374-2012, отвечающий за мостовые конструкции из легированных сталей.

Размеры горячекатаного листа

Горячекатаная сталь нарезается на листы по габаритам, регламентируемым ГОСТ 19903-2015. Этот норматив задает толщину, равную 0,4-160 мм. Он берет за основу обычную нелегированную или низколегированную сталь. Если металл заворачивается в рулоны, его толщина должна быть 1,2-12 мм.

Кромка может обрезаться или не обрезаться. Точность описывается как повышенная или нормальная для толщины до 12 мм. Варианты плоскостности — нормальная, улучшенная, высокая, особо высокая.

Рулоны формируются на основе цельного полотна или двух сваренных кусков. Допустимые длины фрагментов — не меньше 1:5. Другие параметры длин и количества кусков обговариваются с заказчиком.

Ширина листов — 0,5-3,8 м, длина — 7,1-12 м.

Плюсы и минусы