Почему ржавеют «нержавейки»?

«…У нас проблема, изготовили аппарат из нержавеющей стали, а через месяц работы он стал похож на решето, трещины вдоль сварных швов, помогите, что делать ?!!!»

«Из телефонного разговора с клиентами НПО Рокор»

В последнее время в НПО Рокор наблюдается резкий рост заказов на защиту коррозионностойких сталей полимерными материалами РОКОР. Нашему предприятию пришлось значительно увеличить выпуск грунта для цветных металлов и нержавеющих сталей «Метакор-02». Анализ технических заданий показывает, что во многих случаях речь идет о неправильном выборе конструкционных материалов, в ряде случаев предпочтение отдается менее легированным, но более дешевым маркам сталей, при этом о защитных покрытиях вспоминают, когда защищать уже по сути нечего. Главный аргумент при выборе конструкционного материала – «Мы думали, что раз сталь нержавеющая, то она нигде и не ржавеет…». В подавляющем большинстве случаев речь идет о аустенитных сталях типа Х18Н10. Но прежде чем рассказывать о причинах коррозионных поражений несколько слов  из истории нержавеющих сталей.

Давно известно, что скорость коррозии многих металлов значительно меньше в растворах сильных окислителей, чем в растворах окислителей более слабых. Сюда относятся такие металлы, как  железо, хром, никель, титан, цирконий, алюминий и многие другие. Резкое уменьшение скорости коррозии (на несколько порядков), казалось бы противоречащее термодинамическим свойствам метала  и окислителя, называется пассивацией, а состояние металла - пассивным.

Некоторые металлы находятся в пассивном (или близком к пассивному) состоянии даже в таких слабых окислителях, как вода. Это дает возможность практически использовать в качестве конструкционных материалов алюминий, магний, титан и другие металлы.

Очень большое практическое значение пассивности, часто определяющее возможность получения сплавов, химически стойких в агрессивных средах, вызвало огромное количество исследований, посвященных изучению пассивного состояния. Если отбросить некоторые несущественные различия, высказываемые на основании сопоставления экспериментальных данных, то результаты наблюдений можно обобщить, сказав, что пассивное состояние обусловлено кислородным «барьером» в виде очень тонкой пленки окисла, представляющего собой отдельную фазу, или слоя хемисорбированного кислорода.

В 1820 г. Дж. Стодарт и М. Фарадей опубликовали в Англии отчет по исследованию коррозионной стойкости различных спла-вов железа, которые были ими же получены 14]. По-видимому, это было первое сообщение, в котором упоминались сплавы хром— железо. Однако максимальное содержание хрома было ниже, чем требуется для пассивации, и исследователи упустили реальную возможность стать первооткрывателями нержавеющих сталей. В 1821 г. француз Бертье [5], заинтересовавшись работами Стодарта и Фарадея, установил, что железо, легированное значительным количеством хрома, обладает большей стойкостью в кислотах по сравнению с нелегированным. Прямым восстановлением смеси оксидов он получал сплавы, приобретшие в наше время название феррохром (от 40 до 80 % Сг). Хрупкие, с высоким содержанием углерода, они не представляли ценности как конструкционный материал. Изготовил Бертье и ряд сталей с феррохромом в качестве легирующего компонента. Однако содержание хрома вновь оказалось слишком низким, чтобы обеспечить пассивное состояние, характерное для нержавеющих сталей.

И после Бертье различные исследователи получали разнообразные сплавы хрома с железом. Наличие хрома придавало им высокую прочность и твердость, однако необходимая коррозионная стойкость не достигалась, главным образом из-за высокого содержания углерода. Только в 1904 г. француз Гийе [6] получил низкоуглеродистые сплавы хрома, состав которых обеспечивал их пассивность. Он изучил строение и механические свойства сплавов Сг—Fe, а также сплавов Сг—Fe—Ni, называемых ныне аустенитными нержавеющими сталями.

Моннартц  в Германии был, по-видимому, первым, кто установил, что для придания сплаву пассивных свойств, его необходимо легировать по крайней мере 12 % Сг. В 1908 г. он начал исследования химических свойств сплавов Сг—Fe, а в 1911 г. подробно изложил их результаты. В его работе описано благотворное влияние на коррозионную стойкость окислительных сред по сравнению с восстановительными, необходимость поддержания в сплаве низкого содержания углерода и влияние небольших количеств легирующих элементов (например, Ti, V, Mo, W).

Преимущества закаленных нержавеющих сталей Сг—Fe при использовании в качестве материала для режущих инструментов были отмечены Брирли (г. Шеффилд, Англия) в 1913 г. В поисках лучщего материала для оружейных стволов он обнаружил, что сплавы Сг—Fe с 12 % Сг не разрушаются травильными растворами, содержащими азотную кислоту, и в течение длительного времени не ржавеют в атмосфере. На основании исследований Маурэра и Штрауса аустенитные нержавеющие стали Сг—Fe—Ni были впервые применены в 1912—1914 гг. в Германии на сталелитейных заводах Круппа..

Одним из наиболее часто встречающихся коррозионных поражений нержавеющих сталей является питтинг (от англ. pit - яма). Внешне питтинг проявляется в виде углублений на поверхности стали. Собственно для образования питтинга должны выполнятся два условия:

• Во-первых в растворе должны присутствовать т. н. ионы депассиваторы к которым относятся поверхностно-активные   вещества (ПАВ), в частности,  галоген - ионы (ионы хлора, брома, йода …).

• Во-вторых агрессивная среда должна обладать окислительной способностью при которой возможно питтингообразование.

Увеличение содержания в нержавеющих сталях хрома, никеля, кремния, ванадия, молибдена и рения приводит к  повышению устойчивость к питтингу.

Аустенитные стали в закаленном состоянии имеют стойкую аустенитную структуру не распадающуюся при температурах до 400 оС. Дальнейший нагрев сталей, или их медленное охлаждение при температурах 450 - 900 оС приводит к образованию избыточных фаз в виде карбидов хрома. Эти карбиды выделяются по границе зерен и обедняют пограничный хромовый слой. При действии агрессивной среды наблюдается вытравливание вдоль границ кристаллов вдоль областей обедненных Cr - межкристаллитная коррозия. Как правило межкристаллитной коррозии подвержены сварные швы и околошевные зоны(ножевая коррозия).

Для повышения стойкости к межкристаллитной коррозии в нержавеющие стали вводят титан или ниобий. Для увеличения концентрации хрома в обедненных зонах проводят длительный отжиг, в результате которого Сr из соседних областей диффундирует в зону с низкой концентрацией легирующего элемента, однако проведение этой операции на практике, особенно для крупногабаритных изделий  сопряжено с большими финансовыми затратами.

Один из недостатков практически всех аустенитных сталей, (особенно в механически напряженных системах) состоит в их склонности к коррозионному растрескиванию, особенно хлоридному и в щелочных растворах, т.е. к хрупкому разрушению в горячих растворах, зонах растягивающих напряжений, даже при напряжениях ниже предела текучести.

Так какие же конструкционные материалы применять в каждом конкретном случае?

Как видно даже из этой небольшой статьи это задача в общем случае  нетривиальная и должна решаться специалистами - специалистами НПО Рокор в частности. В ряде случаев можно отказаться от дорогостоящих коррозионностойких сталей и применять более дешевые углеродистые стали защищенные покрытиями "РОКОР". Наши технологи на основании заполненной Вами заявки, в которой отражены условия эксплуатации Вашего оборудования, разработают конструкцию защитного покрытия.(подробнее в разделе Как купить?). Для сравнения стоимости применения нержавеющих и углеродистых сталей, защищенных покрытием РОКОР  ниже  приведена  таблица.

Горбатов Р.Е.

Сопоставление цен на трубы из нержавеющих сталей и углеродистой стали с комплексной защитой Метакор-РОКОР. (стоимость 1 пог. м трубы, в ценах 2000г.)

 ЗА НАМИ НЕ ЗАРЖАВЕЕТ ! ! !