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.
Могут быть магнитными. Находят применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Больше подвержены коррозии.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 | ||
|---|---|---|
| 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
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.
Ржавеет ли нержавейка, почему это происходит и что делать
Ржавеет ли нержавейка и почему это всё-таки происходит – достаточно частые вопросы от покупателей легированного сплава. На коррозионную стойкость способны повлиять два фактора: эксплуатация материала в агрессивной среде и нарушения в его структуре. Мы рассмотрим подробнее причины ржавчины и методы её устранения, а также принципы правильного ухода за материалом.
Основные причины появления ржавчины
Нержавеющий металлопрокат имеет стойкость к коррозии за счёт наличия в составе определённой доли хрома. Когда данный элемент имеется в сплаве в необходимом количестве, то при взаимодействии с опасной средой (кислоты, щелочи, вода и даже воздух) создаёт защитный слой оксида CrO. Именно его непроницаемый слой не позволяет коррозии распространяться.
Так почему ржавеет нержавейка, состав которой обеспечен хромом? На стали возникает ржавчина во всех тех случаях, когда легирующего компонента не хватает для образования и стабилизации достаточного оксидного слоя.
Даже контакты с обычной низколегированной либо же углеродистой сталью могут стать непосредственной причиной коррозии на нержавейке.
Известно, что нержавейка ржавеет после сварки с применением порошковой проволоки. На неподготовленной стороне материала свободное железо может задержаться тонким слоем и заржаветь при отсутствии очистки химическим либо же абразивным методом. Понимание, почему ржавеют сварные швы на нержавейке, позволяет избежать неприятного процесса.
Особенности предназначения материала
Также важно понимать, что не всех видов нержавеющая сталь предусмотрена для эксплуатации во всех возможных агрессивных средах. Например, обычная нержавейка ржавеет в условиях пищевого производства, где применяются чистящие средства с содержанием хлора. Это же происходит с материалом, который не предназначен для использования в морской воде.
Выбирая конкретный легированный материал, необходимо изучить его состав и особенности. Технология изготовления стали должна предусматривать её назначение и специфику эксплуатации.
Ржавеет нержавейка также вследствие механических повреждений либо непредусмотренной термообработки. Этот процесс называют точечной коррозией, которую можно устранить.
Основные методы устранения
Приобретенная нержавейка ржавеет, что делать в такой ситуации? Основной метод очистки известен, как пассивация металла и предполагает переход его поверхности в пассивное состояние. Этот процесс связан с образованием на материале тонких слоев соединений, которые и препятствуют коррозии. Они позволяют тормозить или добиться полного прекращения процесса коррозии.
Когда люди понимают причины, почему ржавеет нержавеющая сталь, то часто прибегают к простым методам очистки. Для удаления ржавчины достаточно мытья при помощи теплой воды и обычных моющих средств. Ни в коем случае нельзя применять дезинфицирующие порошки и жидкости, которые в составе содержат хлор. Этот элемент быстро разрушает нержавеющую сталь.
Существуют также специальные средства для ухода за нержавеющей сталью, которые обеспечивают полирующий эффект.
Важно понимать, применение подобных средств может привести к деформированию фактуры поверхности в области применения. Интенсивная полировка может испортить внешний вид изделия, что особенно актуально для матовых типов поверхностей.
С целью удаления ржавых пятен сегодня используются мыльные растворы и органические растворители. Для особо тяжёлых случаев возможна шлифовка и обработка определёнными химическими компонентами. Когда речь идёт о царапинах изделий неглубокого характера, возможна полировка нейлоном. В каждом случае важен особый подход.
Уход за нержавеющей сталью
Прежде всего изделия из нержавейки важно содержать в чистоте. В процессе их очистки, движения нужно осуществлять по направлению линий шлифовки, исключая круговые движения по поверхности. Регулярный и грамотный уход – основная причина, почему нержавейка не ржавеет. Очень важно оберегать трубы из нержавейки от условий агрессивных сред.
В эксплуатации нержавейки важно предусмотреть отсутствие её контактов со сталью обычного вида.
Проволочные щетки для неё подходят нержавеющие и больше никакие. Однако постоянное их применение тоже не рекомендуется, они на материале оставляют механические повреждения и этим способствуют образованию коррозии. Определить свободное железо на материале можно опрыскиванием водой и после выдержкой изделия во влажном состоянии.
Ржавеет ли нержавеющая сталь из-за других, пораженных коррозией изделий? Да! И поэтому контакт таких изделий нельзя допускать!
Необходима отвечающая высоким требованиям сталь?
Выбирайте материал с подходящими свойствами на нашем сайте и оставляйте заказ! В нашем ассортименте представлен материал самого разнообразного назначения!
Выводы
Мы рассмотрели, в каких случаях нержавейка ржавеет и как этого избежать. В первую очередь важно ответственно подойти к выбору материала. Покупая легированный сплав, необходимо отталкиваться от его назначения. До заказа обязательно получите консультацию от представителей производителя. Не стесняйтесь задавать вопросы об особенностях необходимого вам материала.
Чтобы обеспечить материалу долговечность и презентабельный вид, важно осуществлять за ним грамотный уход. Все изделия из нержавейки должны храниться в безопасных условиях, в сухом состоянии и без контакта с обычной сталью. Если ржавчина всё же проявилась, устранять ее нужно оперативно.
Если вам необходима нержавейка листовая или трубы из легированного материала, у нас можно оставить заказ на выгодных условиях!
Что вызывает коррозию?
Что такое коррозия?
Коррозия – это естественный процесс, связанный с износом металлических компонентов. Согласно NACE International , коррозия — это «разрушение вещества (обычно металла) или его свойств из-за реакции с окружающей средой». В конечном итоге это может привести к серьезному повреждению вашего здания или приложения и может стать очень дорогостоящим ремонтом.
Как возникает коррозия
Коррозия — это электрохимическая реакция, которая проявляется в нескольких формах, таких как химическая коррозия и атмосферная коррозия, последняя из которых является наиболее распространенной формой.
Когда кислотные вещества (включая воду) вступают в контакт с металлами, такими как железо и/или сталь, начинает образовываться ржавчина. Ржавчина является результатом коррозии стали после того, как частицы железа (Fe) подверглись воздействию кислорода и влаги (например, влажности, пара, погружения). Когда сталь подвергается воздействию воды, частицы железа теряются в кислых электролитах воды. Затем частицы железа окисляются, что приводит к образованию Fe⁺⁺. Когда образуется Fe⁺⁺, два электрона высвобождаются и текут через сталь к другой области стали, известной как катодная область.
Кислород заставляет эти электроны подниматься вверх и образовывать гидроксильные ионы (ОН). Ионы гидроксила реагируют с FE⁺⁺ с образованием водного оксида железа (FeOH), более известного как ржавчина. Там, где были пораженные частицы железа, теперь образовалась коррозионная ямка, а то место, где они сейчас находятся, называется продуктом коррозии (ржавчиной).
Коррозия может происходить с любой скоростью, в зависимости от среды, в которой находится металл.
Однако, поскольку атмосферная коррозия широко распространена, рекомендуется принимать эффективные меры предосторожности, когда речь идет о предотвращении коррозии.
Удаление и обработка ржавчины
В зависимости от ситуации и применения вы можете обработать участок, подвергшийся коррозии. Если пораженный участок небольшой и поддается лечению, вам могут потребоваться некоторые инструменты и продукты для его удаления. Начните с удаления ржавчины с металла с помощью таких инструментов, как шлифовальный круг или игольчатый пистолет. Будьте осторожны, чтобы не нанести дополнительных повреждений металлу.
Для больших коррозионно-коррозионных участков может потребоваться постоянное защитное покрытие, такое как антикоррозионное защитное покрытие SI-COAT компании CSL. Вы также захотите потратить это время, чтобы посмотреть на приложение в целом на наличие других преждевременных признаков коррозии.
Как предотвратить коррозию?
Одним из лучших способов предотвращения коррозии является нанесение антикоррозионного защитного покрытия . Защитное покрытие защищает подложку, предотвращая контакт подложки с агрессивными средами (атмосферными, химическими и т. д.). Здесь, в CSL Silicones Inc, мы предлагаем два вида антикоррозионных защитных покрытий (один из них — экологически безопасный вариант с низким содержанием летучих органических соединений!), которые легко наносятся с помощью всего лишь одного слоя. Si-COAT® 579 AC защитное покрытие экономично и обеспечивает длительную защиту практически любой поверхности.
Покрытия экологически безопасны, обладают превосходной термостойкостью (могут выдерживать температуры от -76°F до 392°F), не мелеют и не выгорают, имеют малослойную пленку, требуют нанесения только одного слоя и имеют превосходная стойкость к УФ-излучению. Эластичность 180% делает покрытие очень гибким, что допускает тепловое расширение и сжатие основания, на которое оно наносится.
Антикоррозионные защитные покрытия Si-COAT могут наноситься в самых разных областях, таких как конструкционная сталь, мосты, машины и оборудование, области с сильной коррозией, внешние поверхности резервуаров, металлические крыши, облицовка, и более.
Защитные покрытия Si-COAT AC идеально наносятся там, где необходима необходимая укрывистость и требуется максимальная защита, адгезия, эластичность и долговечность.
Если вас интересует защита от коррозии, посетите нашу страницу «Антикоррозионные защитные покрытия » для получения дополнительной информации.
Опубликовано в понедельник, 12 сентября 2016 г. в Блог
Почему металл ржавеет? – Сделай из металла
Ржавчина редко считается чем-то хорошим.
Абсолютно больно восстанавливать все, что начало деградировать и гнить из-за ржавчины. Стоимость восстановления тоже может быть довольно безумной.
Так почему металл ржавеет? Любой металл, содержащий железо, при контакте с кислородом в присутствии воды начинает ржаветь. Эти же виды металлов также будут ржаветь при воздействии хлоридов и воды. Хлорид чаще всего содержится в соли.
В этом посте я расскажу о некоторых научных фактах, благодаря которым это происходит, о том, какие металлы не ржавеют и как можно предотвратить ржавление металлов.
Содержание
Почему металл ржавеет
Во-первых, ржаветь будет только металл, содержащий железо. Наиболее часто используемым металлом, содержащим железо, является сталь. Металлы, не содержащие железа, такие как алюминий и титан, будут не ржавчины (хотя окислятся).
Ржавление – это электрохимический процесс, при котором железосодержащие металлы восстанавливаются до их естественного неочищенного состояния.
Этот процесс можно ускорить, добавляя тепло, определенные минералы и химические вещества.
Думайте об этом как о естественном способе закапывать мусор обратно в землю.
Ржавчина – это вид окисления. Окисление — это причудливое слово, которое описывает потерю электрона в результате реакции с молекулой, атомом или ионом.
Железо и кислород имеют противоположные заряды, поэтому они притягиваются друг к другу (как магниты). Когда они контактируют друг с другом в присутствии воды, они объединяются. Атом железа теряет три электрона, а атом кислорода приобретает два атома. Это та потеря электрона, о которой мы говорили. Железо слишком даёт.
Образует молекулу Fe2O3, известную с научной точки зрения как оксид железа. Остальные из нас просто используют красивое и простое слово «ржавчина».
Окисление не обязательно означает, что виновником является кислород, хотя именно отсюда и возник этот термин. Еще во времена динозавров (или около того) кислород был единственным известным окислителем.
Современное определение «окисления» может включать другие окислители, такие как перекись водорода и галогены.
Сверхбыстрая ржавчина
Не всякая ржавчина образуется под действием кислорода. Есть также тип ржавчины, который состоит из хлорида.
Распространенным источником хлорида является соль. На самом деле, причудливое название соли — хлорид натрия. Ион из хлорида будет очень сильно реагировать с железом, когда вокруг вода. Если кислорода нет, один только этот ион вызовет образование зеленой ржавчины, похожей на то, что вы видите на затонувших кораблях.
Вот почему металл так быстро ржавеет в океане. Соленый влажный воздух заметно ускорит этот процесс. Вы можете даже заметить образование ржавчины на голом металле в течение одного дня!
Еще одно распространенное место, где соль наносит ущерб металлу, — это холодные районы, где соль используется в качестве антиобледенителя для дорог. Обычно автомобили ржавеют и гниют значительно быстрее, если не обрабатывать металл и своевременно смывать соль.
На самом деле существует несколько видов оксида железа (ржавчины), кроме простого красного вещества из кислорода и зеленого вещества из хлорида, но в обычный день их можно увидеть довольно редко.
Как защитить металл от ржавчины
Существует множество способов предотвратить образование ржавчины на металлах, содержащих железо. Почти все эти методы состоят в создании барьера, который предотвратит контакт железа и кислорода.
Краска
Это наиболее распространенное и, как правило, самое дешевое решение. Если вы покрываете сталь слоем краски, вы создаете простой и легкий барьер, блокирующий молекулы кислорода.
Для правильной работы вам понадобится краска, которая будет прочно держаться на металле. Если он откалывается или отслаивается, он больше не защитит металл. Существуют специально разработанные краски для металла, а также порошковые покрытия для пластика и эмали, которые по сути делают одно и то же.
Гальваническое покрытие
Это процесс, при котором железо или сталь покрывают другим металлом, который не ржавеет.
Это можно сделать электрохимически или методом осаждения из паровой фазы.
Другим распространенным способом нанесения металла является его погружение, как при цинковании. Горячее цинкование — это процесс, при котором сталь погружают в ванну с расплавленным цинком, который защищает металл от ржавчины.
По сути, вы используете другой вид металла для создания барьера между железом и кислородом или хлоридом.
Однако для некоторых металлов (например, цинка) вы также используете металл для поглощения того дополнительного электрона, который вызывает ржавчину. В конце концов цинк подвергнется коррозии, но пока он не исчезнет, сталь под ним будет ржаветь гораздо медленнее. Этот процесс называется катодной защитой.
Другие защитные барьеры
Помимо перечисленных выше, можно использовать еще несколько вариантов. Однако обычно это временные решения, например, для перевозки на лодке, или они требуют регулярного обслуживания.
Например, многие мелкие металлические компоненты погружаются в воск, когда они будут подвергаться воздействию соленого воздуха во время транспортировки.
Для больших кусков металла можно использовать воск в виде спрея.
Многие компоненты машин покрыты маслом или смазкой. Поскольку масло отталкивает воду, это отличный способ предотвратить ржавчину. Недостатком этого является то, что масло должно оставаться на металле. Если его счистить и не наносить повторно, то металл заржавеет. Это означает, что машина будет нуждаться в регулярном обслуживании.
Сплавы и нержавеющая сталь
Для металлических компонентов, которые нельзя красить или покрывать, иногда решением является использование металлического сплава вместо обычной стали.
Нержавеющая сталь предотвращает ржавчину, так как она легирована другими металлами и элементами, которые окисляются и образуют тонкий барьер, предотвращающий ржавчину. Существует несколько различных видов нержавеющей стали, большинство из которых в той или иной степени ржавеют, так как содержат железо. Но тонкий оксидный слой, образованный этими легирующими элементами, предотвратит распространение ржавчины очень далеко.
Общие примеры легирующих элементов для нержавеющих сталей включают хром (наиболее распространенный элемент в этом металле, который предотвращает коррозию), а также никель и молибден.
Нержавеющая сталь с меньшим содержанием хрома будет более подвержена коррозии, тогда как высокое содержание хрома значительно улучшит коррозионную стойкость. Это элемент № 1, добавленный для того, чтобы сделать нержавеющую сталь… менее окрашенной.
Удаление ржавчины
Обычно это полная боль. Однако, если вы пытаетесь восстановить что-то ржавое, у вас есть несколько вариантов в зависимости от того, насколько глубоко проникла ржавчина.
- Преобразователи ржавчины — отличный способ «нейтрализовать» легкую ржавчину. Они могут действовать как грунтовка и могут быть непосредственно окрашены. Это хорошее решение, если вы просто пытаетесь сохранить что-то от распада и не слишком заботитесь о косметике.
- Аналогичного результата можно добиться с помощью лазеров. Существуют специально разработанные станки, которые удаляют ржавчину, оставляя основной металл относительно неповрежденным. Хотя они недешевы. Стоимость большинства единиц составляет несколько десятков тысяч долларов.
- Небольшие металлические детали со средним количеством ржавчины можно замочить в кислоте, которая разъедает ржавчину. Обычный бытовой подход — замочить инструменты в уксусе на сутки.
- Электролиз — отличный способ ускорить кислотное удаление ржавчины. При добавлении электричества в ванну с кислотой удаление ржавчины может быть чрезвычайно тщательным.
- Для больших панелей, например, на автомобилях, немного смазки для локтя — наиболее распространенный способ избавиться от ржавчины. Вы можете использовать проволочный круг или абразивный круг с угловой шлифовальной машиной, чтобы удалить ржавчину до голого металла. Оттуда специалист по кузовам будет использовать затвердевающую шпатлевку, чтобы сгладить поверхность металла, прежде чем перекрашивать панель.
Существуют специально разработанные станки, которые удаляют ржавчину, оставляя основной металл относительно неповрежденным. Хотя они недешевы. Стоимость большинства единиц составляет несколько десятков тысяч долларов.