Почему ржавеет нержавейка: причины коррозии и способы борьбы

Фраза «ржавеющая нержавейка» звучит довольно странно, ведь, казалось бы, это взаимоисключающие понятия. Однако на самом деле нержавеющая сталь хоть и отличается коррозионной стойкостью, но всё-таки может покрываться ржавчиной. Коррозия — естественный процесс для металлов, которые длительное время контактируют с водой напрямую или находятся во влажной среде. Окисление истончает металл, со временем он теряет свои прочностные характеристики, становится хрупким. Чтобы избежать этого, и была создана нержавеющая сталь. Это решило немало промышленных и бытовых проблем. Однако панацеей всё же не стало. Давайте разберёмся, почему ржавеет нержавейка и как этого можно избежать.

Что такое «нержавейка»?

Этим привычным для обывателя словом принято называть нержавеющую сталь, в составе которой присутствуют химические элементы, сдерживающие коррозию. В первую очередь это хром, количество которого в разных марках стали может составлять от 12 до 20%. Нержавейка окружает нас повсюду. Простейший пример — столовые приборы, которые найдутся на каждой кухне. Вряд ли вам доводилось видеть коррозию на своих ложках и вилках, однако это совсем не значит, что нержавейка совсем не ржавеет. Дело в том, что ни одна марка нержавеющей стали не имеет 100% устойчивость к коррозии. Однако некоторые из них значительно более стойкие в сравнении с другими.

Аустенитные металлы характеризуются хорошей устойчивостью к коррозии за счёт большого процента хрома и никеля в составе. К ним относятся, например, марки AISI 304 и AISI 316. В AISI 316, кроме того, ещё и присутствует молибден, который усиливает коррозиестойкие свойства хрома. 304 марка стали используется для изготовления большинства уличных металлических ограждений, а 316 — в особо агрессивных условиях.

Высокой коррозионной устойчивостью также отличаются дуплексные стали, например, UNS S31803. Это двухфазные металлы, включающие аустенитную и ферритную фазы. Именно это позволяет им оставаться устойчивыми к ржавчине. Для наиболее агрессивных сред — морская вода, химические вещества — используются более коррозионно-стойкие металлы марок 904L или 254 SMO.

Правильнее было бы называть эти материалы устойчивыми к коррозии, а не нержавеющими, потому как стали, которая не ржавеет совсем, просто не существует. Во всяком случае пока.

Причины коррозии нержавеющей стали

И всё-таки, почему на нержавейке образуется ржавчина? Самая банальная причина — время. Так как даже у нержавеющего металла нет 100% устойчивость к коррозии, по прошествии времени он подвергается ржавлению. Однако некоторые обстоятельства могут ускорить этот процесс.

• Воздействие агрессивных химикатов. Хром устойчив ко многим внешним «раздражителям», однако есть вещества, перед которыми он бессилен. Это, например, соединения хлора, серная и щавелевая кислоты. Если металл будет контактировать с ними, оксидная плёнка, которую создаёт хром на поверхности материала, окажется бесполезна.
• Перегрев сплава. Хром — легкоплавкое вещество, и при сильном нагреве он вымывается, что ослабляет защитные свойства стали.
• Использование металла в несоответствующих условиях. Если использовать обычную нержавейку в сложных условиях, долго она не прослужит. Так, например, сталь AISI 201 предназначена для слабоагрессивных сред. Её часто используются для производства домашней мебели, декораций. Она способна выдерживать незначительные атмосферные осадки, однако воздействие агрессивных кислот станет для неё фатальным. Металл начнёт ржаветь и разрушаться.
• Нарушение технологии сварочных работ. При сварке материал сильно нагревается, что ведёт к явлению, о котором мы уже говорили выше, — к вымыванию хрома. Поэтому для сварки нержавеющих металлов существуют особые технологии. Важно использовать электроды, соответствующие марке стали. Обычно в сварочных работах применяют электроды с прутком из стали AISI 904L. Так как в ней в большом количестве содержатся хром и никель, они восполняют потери, образующиеся при нагревании металла. Если же в каком-то месте нагрев достиг экстремального предела, может возникнуть внутреннее напряжение, которое ведёт к растрескиванию зоны сварочного шва. Именно в этом месте металл становится наиболее уязвим к окислению. Чтобы снизить риск, во время сварки используется сварочный флюс, а затем зону шва обрабатывают для дополнительной защиты.
• Несовместимые материалы. Если нержавейка контактирует с обычным железом, коррозионные процессы в зоне контакта ускоряются. Дело здесь в разности электрохимических потенциалов металлов. Например, если при обустройстве сантехнических коммуникаций использовать трубы из нержавейки, а фитинги из обычной стали, общая продолжительность «жизни» всей системы будет гораздо меньше, если сравнивать с конструкцией полностью из нержавеющей стали.

Чтобы сталь не окислялась раньше времени, важно правильно выбирать марку для конкретных задач и соблюдать технологии работы с ней. В противном случае даже дорогие металлы с высоким содержанием хрома неизбежно будут ржаветь.

Виды коррозии

Нержавеющая сталь окисляется в зависимости от марки и окружающих условий. Есть разные типы коррозии:

1. 1. Точечная. Неравномерность структуры металла приводит к тому, что в одном месте он может быть более уязвим к окислительным процессам, чем в другом. В результате образуются очаги коррозии, которые затрагивают только определённую область. Однако со временем они могут расширяться.
2. 2. Щелевая. Если сталь подвергается термическому или механическому воздействию, в результате которого образуются трещины, она становится уязвима к окислительным процессам в этом месте. Щелевая коррозия опасна тем, что распространяется по всей площади возникшей трещины, что значительно ослабляет прочностные характеристики металла.
3. 3. Гальваническая. Сталь окисляется быстрее, если контактирует с другим металлом, особенно при разности потенциалов изделия и среды. Подходящий пример тут — окисление клемм аккумулятора.
4. 4. Межкристаллическая. Именно этот вид коррозии возникает при нагревании металла. Когда хром, создающий защитную плёнку, вымывается с поверхности металла, сталь окисляется значительно быстрее.
5. 5. Эрозионная. Возникает при воздействии на поверхность нержавейки агрессивных сред, которые и вызывают эрозию. Чаще всего такое случается при попадании жидкостей, в составе которых есть хром, йод, фтор, бром. Однако аналогичная реакция может быть вызвана и контактом с газами.

Как защитить нержавейку от преждевременной коррозии

Металлы окисляются в любом случае, поэтому не ржаветь совсем они не могут. Во время эксплуатации на поверхности металлических изделий могут появляться признаки окисления. Этот процесс можно если не остановить полностью, то существенно замедлить.

Есть несколько способов:

• Соблюдение правил эксплуатации. Если изделия из нержавейки использовать правильно, можно избежать преждевременного ржавления. Так, например, не рекомендуется устанавливать поручни из стали AISI 201 вблизи водоёмов или бассейнов, это существенно уменьшит срок службы изделия. А AISI 316 нельзя использовать в условиях агрессивных химических сред.
• Соблюдение технологических процессов при изготовлении конструкций. Важно следовать технологиям, созданным для работы с разными марками стали. Если нарушить технологический процесс, даже нержавеющий металл начнёт быстро ржаветь и потеряет свои изначальные свойства.
• Защита поверхности. Покрытие изделия защитной плёнкой усиливает его антикоррозионные свойства. Пассивация, оксидирование и даже полировка тормозят окислительные процессы.
• Исключение соприкосновения с другими металлами. Если исключить электролитическую коррозию, вызванную разностью потенциалов, можно существенно продлить срок службы изделий из нержавейки.

Как убрать следы ржавчины

Если на нержавейке всё-таки появились признаки коррозии, можно устранить их даже в домашних условиях. Есть несколько способов:

1. 1. С помощью абразива зачистить верхний слой в том месте, где металл начал ржаветь. Для этого можно использовать наждачную бумагу с мелким абразивом, а затем обработать место зачистки с помощью войлока и полировальной пасты.
2. 2. С помощью специальных реагентов. Кислото-щелочные составы, разработанные специально для устранения коррозии, есть в свободной продаже. Однако реагенты лишь удаляют ржавчину в том месте, где металл начал окисляться, а не выравнивают поверхность. После применения химикатов металл останется матовым. Чтобы вернуть ему блеск, необходимо сделать полировку.
3. 3. Воронение или иной способ оксидирования. Это тоже химический способ устранения коррозии, который позволяет восстановить поверхность путём образования защитного слоя нужного цвета.

Нержавеющая сталь — один из наиболее распространённых металлов, который используется во всех сферах — в быту, промышленности, строительстве, авиа-, судо и автомобилестроении и т.д. Правильный уход и эксплуатация изделий из нержавейки позволяют существенно продлить срок их службы и избежать образования коррозии.

Источник фото: freepik.com, fabula-ai.com