Ржавеют ли нержавеющие стали?

Часто встречается мнение, что нержавеющая сталь совсем не ржавеет, ей не нужна никакая защита, в любых условиях.

Так ли это? Конечно, все виды легированных сталей, к которым относятся и нержавеющие, значительно более стойки к коррозии, чем углеродистые, «черные» металлы.

Но — ржавеет все. В этом смысле «нержавеющих» сталей просто не существует. Просто у них есть свои особенности протекания процессов коррозии.

Рассмотрим самые частые виды коррозии нержавеющих сталей.

Питтинг. Язва в металле.

Ржавеют ли нержавеющие стали?Питтинговая, или иначе язвенная или точечная коррозия, одна из самых опасных.

Ее особенность — локализация в небольшой области. Питтинги часто имеют диаметр до 1 мм.  При этой коррозии, процесс разрушения металла идет «вглубь», образуются небольшие полости, каверины, ямы, изъязвляющие металл. Если процесс не остановить, возможно сквозное поражение нержавеющей стали. Надо ли говорить, к каким последствиям это может привести, например на резервуаре с агрессивным химически веществом?

Механизм развития точечной коррозии относится к электрохимическим (гальваническим) процессам.

Что бы понять причины возникновения питтинга, следует понимать механизм стойкости к коррозии нержавеющих сталей.

Стойкость к коррозии нержавеющих сталей, алюминиевых или никелевых  сплавов обеспечивается наличием на поверхности тонкого пассивного слоя, состоящего из солей, оксидов или гидрооксидов хрома, никеля, алюминия и т.д. Он возникает самопроизвольно, но его можно значительно усилить специальной обработкой.

Помимо других защитных свойств, пассивный слой приводит к значительному снижению электрохимической активности поверхности металла. (На этом свойстве пассивного слоя, кстати,  основаны приборы по контролю качества пассивации — они замеряют разность электрохимических потенциалов участков поверхности)

Спусковым крючком для начала коррозии становится  нарушение пассивного слоя — защитной оксидной пленки на поверхности металла, обычно в микроскопической области.

Подобный участок становится анодным, по отношению к части металла, с сохранившимся оксидным слоем, который в свою очередь превращается в катод. Возникает разность потенциалов – и, процесс запускается.

Возникнув, питтинг быстро развивается, так как диффузия ионов не дает кислороду попасть к металлу, и репассивироваться, «залечить» повреждение. Внутри питтинга возникает кислотная среда, и процесс продолжается и самоподдерживается до изменения условий среды.

Особую опасность питтинговой коррозии придает ее стремительное развитие «вглубь», при том, что на поверхности металла присутствует лишь незначительные проявления в виде ржавчины, или даже без них.

Так что же нарушает пассивный слой, и тем самым приводит к появлению питтинга?

Причин много.

  • Наличие поверхностных дефектов — царапин, сколов, шероховатостей, где могут накапливаться агрессивные с химической точки зрения ионы.
  • Неравномерное присутствие легирующих элементов в составе металла, наличие обеднённых зон, и посторонние примеси, например сера.
  • Химическое разрушение пассивного слоя, например хлорид-ионами и прочими галогенидами- фторидами, бромидами, йодидами (ионы замещают в пассивной плёнке кислород, и тем самым резко снижают ее защитные свойства)
  • Грубая обработка деталей, тем более применение инструментов содержащих черные металлы, частицы которых остаются на поверхности нержавеющих сталей —  прямой путь к точечной коррозии.
  • Сварка стали не подходящими электродами.
  • Перегрев поверхности.
  • Другие нарушения технологии.

ПиттингСтоит отметить, что питтинговой коррозии наиболее подвержены сплавы, чья коррозионная стойкость во многом обеспечивается наличием пассивного слоя на его поверхности.

Это в первую очередь нержавеющие стали, никелевые и алюминиевые сплавы.

Углеродистые стали питтингу подвержены слабо — даже в морской воде, они будут равномерно разрушаться, в то время как нержавеющие стали окажутся поражены точечной коррозии.

Конечно, на скорость развития коррозии оказывают влияние и другие физико-химические свойства среды, с которой соприкасается сталь, в том числе температура.

Возникнув, «жизнь» питтинга может протекать по-разному.

Процесс может остановиться, и место поражения репассивироваться, если будет возобновлен доступ кислорода к пораженной области.

Он может замереть: например, образовавшийся слой ржавчины оградит место язвы от контакта с агрессивной средой.

Или — может произойти взрывной рост питтингов, они сольются друг с другом, и металл придет в негодность, образуются сквозные отверстия…

Питтинг труб

Минимизировать ущерб от питтинговой коррозии нелегко, но возможно.

Во первых, стоит подбирать стали подходящие к условиям эксплуатации, например с достаточным числом PREN.

Сваривать стали электродами с минимальным содержанием железа, специально предназначенных для нержавеющих сталей.

Использовать стали с гладкой поверхностью- полированные стали наиболее стойки к коррозии.

После изготовления изделия из нержавеющих сталей в обязательном порядке подвергать пассивации.

При проектировании оборудования избегать наличия «застойных» зон вблизи поверхности. Именно наличие таких зон, способствует развитию питтинга. Если поверхность омывается раствором, то как правило условий для его развития не возникает.

Избегать контакта поверхности нержавеющей стали с хлоридами, например со стоячей морской водой.

Если контакта с хлоридами не избежать, вводить ингибиторы коррозии, на основе нитратов, гидроксидов и фосфатов.

Использовать анодную или катодную защиту.

Питтинг на трубах

Полностью прекратить процесс коррозии нержавеющих сталей (помните, что их не существует!) невозможно. Но существенно его замедлить, и продлить срок службы оборудования при правильном проектировании, изготовлении изделий и их эксплуатации — решаемая задача.