Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь обладает коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, в которых углеродистая и низколегированная инструментальная сталь подвержены коррозии.
Коррозия — это процесс равномерного удаления материала путем растворения, например, при использовании нержавеющей стали на химическом заводе, содержащем сильные кислоты.
Коррозионная стойкость является одним из основных преимуществ применения нержавеющих сталей. Однако в некоторых случаях нержавеющие стали подвержены определенным типам коррозии, и поэтому следует принимать меры предосторожности при выборе подходящей марки стали для конкретного применения. Коррозионная стойкость является результатом очень тонкого (около 5 нанометров) оксидного слоя на поверхности стали. Этот оксидный слой называется пассивным слоем, поскольку он делает поверхность электрохимически пассивной в присутствии агрессивных сред.
Пассивный слой образуется из-за хрома, добавленного в нержавеющую сталь. Для формирования пассивного слоя нержавеющая сталь должна содержать не менее 10,5% хрома.
Не существует определенного точного значения процента содержания хрома, меньше которого сразу начнутся процессы коррозии. Всё это зависит от окружающей среды. Иногда в качестве точки, где сталь уже можно назвать «нержавеющей», указывается 11% или 12%. Чем больше добавлено хрома, тем стабильнее становится пассивный слой и тем выше коррозионная стойкость. Другие элементы, такие как никель, молибден, титан, алюминий, ниобий, медь, азот, сера, фосфор или селен, могут быть добавлены для повышения коррозионной стойкости в определенных средах, повышения стойкости к окислению и придания особых характеристик.
Другое требование для формирования и сохранения пассивного слоя состоит в том, что поверхность стали должна подвергаться воздействию кислорода. Коррозионная стойкость является наибольшей, когда сталь подвергается сильному воздействию, а поверхность остается свободной от отложений. Если слой разрушается в условиях, которые не позволяют восстановить пассивную пленку, нержавеющая сталь будет корродировать так же, как углеродистая или низколегированная сталь. Например, покрытие части поверхности путем биологического обрастания, окраски или установки других материалов приводит к прекращению доступа кислорода под покрытой областью. Обедненная кислородом область является анодом по отношению к хорошо открытой поверхности, что может привести к коррозии покрытой области.
При определенных обстоятельствах пассивный слой может разрушаться в локальных точках на открытой поверхности нержавеющей стали. Когда это происходит, металл может подвергаться коррозии в локализованных местах. Это называется точечной коррозией (питтинговая коррозия, pitting corrosion, питтинг). Одной из распространенных причин точечной коррозии является воздействие водной среды, содержащей хлорид. Примерами являются прибрежная атмосфера, дорожная соль в сочетании с дождевой водой и даже водопроводная вода с высоким содержанием хлоридов. Марки стали, содержащие большое количество хрома, азота и молибдена, обладают высокой устойчивостью к точечной коррозии. К точечной коррозии следует относиться серьезно из-за того факта, что когда на поверхности стали образуется ямка, она будет продолжать расширяться в окружающей зоне.
Во время изготовления компонентов или конструкций из нержавеющей стали возможно снижение коррозионной стойкости. Это происходит, когда аустенитные нержавеющие стали подвергаются воздействию температур примерно от 425 C до 870 C. Если время воздействия слишком велико, области вблизи границ зерен металла теряют свою коррозионную стойкость вследствие потери хрома и могут подвергаться воздействию агрессивной среды. Зерна разрушаются и металл теряет прочность. Повышенная восприимчивость к коррозии в результате этого изменения микроструктуры называется сенсибилизацией. Сварка — наиболее частая причина сенсибилизации. Сенсибилизация сварного шва, вызванная выделением карбидов в зоне термического влияния, приводит к межкристаллитной коррозии.
Нержавеющие стали подвержены следующим видам коррозии:
Контактная коррозия
Гальваническая коррозия
Межкристаллитная коррозия
Коррозионное растрескивание под напряжением
Сульфидно-коррозионное растрескивание под напряжением
Щелевая коррозия
Точечная коррозия
Сплошная коррозия.