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.

    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

    составматериал
    AISI 316 L 1.4404AISI 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
    Температура20°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
    Температура20°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
    2 = non resistant — Скорость коррозии более чем 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.