Нержавеющая сталь морская коррозия

Нержавеющая сталь морская коррозия

Крепеж
Когда речь заходит про крепеж, в дело вступают дополнительные факторы. Он должен, естественно, обладать прочностью и желательно при этом иметь разумную стоимость, поскольку количество его даже для самой миниатюрной лодки исчисляется сотнями. Но пожалуй самым важным для него является то, что будучи установлен, он не должен ни корродировать сам, ни вызывать коррозию того, что он крепит — по крайней мере в течение достаточно длительного времени. В данном контексте имеются два вида коррозии, о которых следует помнить: гальваническая и химическая.

Гальваническая коррозия
Первый ее вид — гальваническая коррозия, которая возникает в тех случаях, когда два разных металла находятся в контакте друг с другом в присутствии электролита. Морская вода является (увы!) отличным электролитом и проникает на лодке повсюду. Гальваническая шкала ниже демонстрирует электрические потенциалы металлов, обычно применяемых в малом судостроении. Постараемся не слишком не углубляться в химические дебри, а заострим ваше внимание на трех основных моментах, чтобы понять ее практический смысл :

  • Когда два металла находятся в контакте, находящийся левее будет корродировать.
  • Разность потенциалов в 0.1 В является безопасной, 0.2 — приемлемой в зависимости от следующего условия.
  • Темпы коррозии зависят помимо всего прочего от площадей поверхностей открытых металлов. Если крепеж менее инертен, чем деталь, он корродирует довольно скоро. Если же он из более благородного металла, срок его службы будет достаточен.

Каков практический смысл этой диаграммы ?

  • Из диаграммы понятно, почему элементы крепежа обычно делаются из материалов правой ее части. С алюминием у вас будут проблемы, поэтому позаботьтесь, чтобы вытяжные заклепки были из монеля (алюминиевые широко используются в автомобильной промышленности).
    (Монель — сплав Ni с 23-27% Cu, 2-3% Fe, 1-2% Mn)
  • Вы сами можете решить, какой крепеж использовать для каких деталей (см. таблицу далее). Оцинкованного крепежа следует, естественно, избегать на нержавейке и алюминии. Менее явно то, что латунные винты представляют собой неудовлетворительный, а скорее даже опасный выбор для крепления бронзовых деталей.
  • Существуют сплавы, сами по себе способные являться гальваническими парами. Самым ярким примером является латунь, у которой в присутствии электролита одна из «фаз» начинает корродировать. Явление именуется «децинкификация» . Латунный элемент, подверженный этому явлению, представляет собой неприятное зрелище и теряет свою прочность.

Химическая коррозия
Второй вид коррозии, о котором не стоит забывать, является следствием воздействия различных химических веществ. Как правило, металлы защищают сами себя оксидной пленкой на поверхности и главное тут, является ли она самовосстанавливающейся, как в случае нержавеющей стали, алюминия и цветных металлов или же отваливается хлопьями, как у стали. Последствия этого могут быть разными — от чисто косметических в случае коррозии бронзового или оцинкованного палубного оборудования, до весьма серьезных — в случае коррозии гвоздей обшивки. Последнее в основном вызывается образованием в древесине кислот по мере ее пропитывания, дуб в этой ситуации является наихудшим вариантом. Всем хорошо известно, что может ожидать стальной крепеж, а стало быть килевые болты и гвозди. Гораздо чаще забывают, что нержавеющая сталь тоже уязвима.

Нержавеющая сталь
Поскольку существует огромное количество ложных представлений о нержавеющей стали (впрочем, само это название вводит в заблуждение), стоит провести небольшой ликбез по этой части. Помимо железа и углерода, нержавеющая сталь содержит ряд легирующих добавок. Из них самой важной является хром (Cr). Если сталь содержит его более 12% , вся поверхность покрывается пленкой из оксида хрома. Эта пленка «пассивна», стойка к большинству воздействий и самовосстанавливается в присутствии кислорода. Нержавеющая сталь, содержащая один только хром, довольно хрупкая и поэтому в нее добавляют в два раза меньшее хрома количество никеля (Ni). 304-я нержавейка (она же A2), одна из самых распространенных, содержит 18% Cr и 10% Ni. Мойка или выхлопная труба скорее всего сделаны именно из 304-й и если вы пробовали чистить раковину мойки или релинг, то могли обратить внимание , что они в некоторой степени подвержены воздействию органических кислот, образующихся в пищевых продуктах, отпечатков пальцев и прочих загрязнений.

Химическая и пищевая промышленность снижают остроту этой проблемы путем добавления в сталь небольшого количества молибдена (Mo). Таким образом 316-я нержавейка (она же А4) обычно содержит 17% Cr, 11% Ni, 2 % Mo и широко используется для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей. Из этого напрашивается вывод, что она представляет собой идеальный материал для крепежа древесины (или к ней) и с точки зрения воздействия одних только химических веществ вы скорее всего будете правы. Но надо еще принимать во внимание и ту среду, в которой предстоит работать крепежному элементу. Представим себе болт, гвоздь или шуруп, крепящий доску обшивки к шпангоуту ниже ватерлинии. Его шляпка , находящаяся на поверхности или вблизи нее будет иметь достаточный приток кислорода для поддержания оксидной пленки. Само же тело, находящееся внутри конструкции, скорее всего будет испытывать его недостаток, при этом находясь в окружении разных кислот и хлоридов. При подобных обстоятельствах пассивная пленка может разрушиться, сделав таким образом нержавейку «активной». Последствий у этого может быть два. Во первых, взгляните на гальваническую диаграмму и вы увидите, что разность активных и пассивных потенциалов у 304-й нержавейки (у 316-й в меньшей степени) вполне достаточна, чтобы вызвать гальваническую коррозию. Подобно латуни, она способна сама собой образовывать гальваническую пару. Во вторых, лишенная защитной пленки, нержавейка корродирует такими же темпами, как и самая обычная сталь. В результате этого нержавеющий крепеж ниже ватерлинии, независимо от его марки, может не иметь никаких преимуществ по сравнению с простой низкоуглеродистой сталью. Выше ватерлинии (где больше кислорода и меньше электролита) такой крепеж ведет себя превосходно.

В заключение хотелось бы еще указать на неразумность пескоструйной обработки оборудования из нержавеющей стали с целью придания ему вида оцинкованного. Способность пассивной пленки к самовосстановлению выше , если поверхность отполирована. При образовании на поверхности миллионов маленьких «пиков» вы значительно снижаете такую способность, в результате чего деталь покрывается ржавчиной. Если вам надо, чтобы деталь выглядела как оцинкованная, лучше такую и взять.

Сталь и оцинковка
Низкоуглеродистой стали без защитного покрытия нет места на борту лодки по причине ее склонности к коррозии, но при наличии покрытия это вполне пригодный материал. Обычно этого достигают, нанося на нее слой цинка, получая при этом два плюса. Во-первых, цинк хорошо сопротивляется химической коррозии, а во-вторых, в присутствии электролита он корродирует прежде стали. Существует ряд способов нанесения слоя цинка, основная разница между ними заключается в толщине формируемого слоя. Чтобы получить приемлемый срок службы в морской среде, слой должен иметь толщину порядка 100 мкм. Этого можно достичь лужением (до 125 мкм при горячем погружении), окраской (около 40 мкм на слой), но только не электрогальваникой, где толщина обычно ограничивается 20 мкм. Поэтому тот блестящий оцинкованный крепеж, что продается в магазинах стройтоваров, годится для строительства теплицы, на лодке же жизнь его будет недолгой. «Морской» крепеж должен быть луженый.

Медь
Медные гвозди с шайбами широко применяеются в классической деревянной конструкции. Для такого рода сравнительно гибких конструкций медные гвозди представляют идеальный материал: легко крепятся, коррозионно устойчивы, достаточно эластичны, чтобы позволить подвижку элементов. С выходом на сцену клееных конструкций и тем более стеклопластиковых корпусов, довольно удивительно, что медные корабельные гвозди до сих пор имеются в продаже. Однако их выбор постепенно сужается. К примеру, 5-6 мм шайбы более не выпускаются, поэтому строителям каноэ приходится теперь расклепывать гвозди. Также исчезают и нестандартные размеры, полезные при ремонте обшивки, когда выбор гвоздей на размер выше поможет решить проблему течи.

Латунь
Латунь чаще всего выступает в роли шурупов. Помня о проблемах децинкификации, латунный крепеж следует использовать только в защищенных местах — во внутренней обстройке или в тех местах, где от него не зависит ваша жизнь.

Бронза
Стандартным материалом для крепежа является кремниевая бронза. Помимо использования ее в виде болтов и гвоздей, она является одним из немногих материалов, из которого делают гигантского размера шурупы (вплоть до №30). Она достаточно коррозионно устойчива и служит очень долго — от тридцати до пятидесяти лет. Поэтому, несмотря на свою стоимость, бронзовый крепеж конкурентоспособен.

Источник

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

состав материал
AISI 316 L 1.4404 AISI 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
Температура 20° 80°
Концентрация, % к массе 10 20 40 60 80 100 10 20 40 60 80 100
Серная Кислота 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2
Азотная Кислота 1 1 2
Фосфорная Кислота 1 2 1 2
Муравьиная Кислота 1 1 2 1 1 1
маркаAISI 304
Температура 20° 80°
Концентрация, % к массе 10 20 40 60 80 100 10 20 40 60 80 100
Серная Кислота 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2
Азотная Кислота 2 1 2
Фосфорная Кислота 2 1 2
Муравьиная Кислота 1 2 2 1

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.

Внимание! Наш сайт использует cookie согласно политики конфиденциальности

Источник

Морская коррозия

Морская вода является хорошо аэрированным (4-10 мг/л О2) нейтральным (рН = 7,3-8,6) электролитом с высокой электропроводностью (γ=0,5-6,7 См/м), обусловленной наличием солей от 2 (воды заливов, моря в местах впадения рек) до 40%. Средняя соленость открытых морей и океанов составляет 35%.

Солевой состав морской воды включает в себя в основном хлориды и сульфаты натрия, магния, кальция и калия. Благодаря большому содержанию хлоридов морская вода характеризуется высокой способностью к депассивации металлов. Морская коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму преимущественно с кислородной деполяризацией и смешанным диффузионно-кинетическим катодным контролем.

Для разрушения металлов в морской воде характерно наряду с общей равномерной коррозией наличие разрушений в виде язв и питтинга. Средняя скорость коррозии стали в морской воде, рассчитанная по потере массы, составляет от 0,05 до 0,20 мм/год, а язвенной коррозии — до 1 мм/год. Холодное цинкование в среднем имеет скорость коррозии около 0,02 мм/год

На скорость коррозии металлов в морской воде оказывает влияние ряд факторов. Общая соленость морской воды не сильно влияет на интенсивность коррозионного процесса, в то время как некоторые отклонения от обычного состава, например, наличие сероводорода или различных загрязнений могут в несколько раз увеличить скорость коррозии.

Так, исследования коррозии корпусных конструкций в акваториях базирования кораблей ВМФ в Индии показали скорости коррозии углеродистых и низколегированных сталей в 8-10 раз большие по сравнению со средними значениями скорости коррозии стали в морской воде.

Движение морской воды увеличивает скорость доставки кислорода к катодным участкам поверхности металла, а отсюда и скорость коррозии большинства металлов. В то же время для коррозионностойких сталей увеличение диффузии кислорода приводит к усилению пассивации поверхности и защите от питтинга.

При еще более значительных скоростях движения как морской, так и пресной воды могут появиться коррозионно-эрозионные разрушения, когда электрохимическая коррозия сильно ускоряется вследствие разрушения потоком воды защитной пленки на металле (пленки пассивности или продуктов коррозии). К таким разрушениям особенно склонны цинк, алюминий, медь и медные сплавы.

При очень быстром движении воды наблюдается коррозионная кавитация, когда наряду с коррозионным процессом происходит механическое разрушение металла ударным воздействием воды при смыкании вакуумно-паровых пузырьков. Скорости коррозионной кавитации могут достигать десятков миллиметров в год.

Температура воды двояко влияет на скорость коррозии: с одной стороны, повышение температуры ускоряет диффузию кислорода и реакции на анодных и катодных участках, а, с другой стороны, уменьшает растворимость кислорода, а отсюда и скорость коррозии.

Поэтому зависимость скорости коррозии от температуры воды имеет вид кривой с максимумом, соответствующим различным температурам при различных условиях (тип сплава, состав воды, возможности сохранения кислорода в закрытых системах и т.п.).

Металлический контакт разнородных металлов в морской воде приводит к усилению коррозии более электроотрицательного металла и снижению (или подавлению) коррозии более положительного металла. Заключение о коррозионном поведении контакта различных металлов можно сделать на основании сопоставления их стационарных потенциалов в данной среде. При неправильном выборе контактирующих металлов и отсутствии средств защиты возникает опасность весьма значительных коррозионных повреждений.

На интенсивность коррозии металлов в морской воде может оказать влияние обрастание поверхности морскими организмами (биокоррозия). На коррозию углеродистых и низколегированных сталей обрастание не оказывает особо заметного влияния, причем коррозия может при этом как усиливаться (при наличии сульфатредуцирующих бактерий, возникновении пар дифференциальной аэрации), так и уменьшаться (вследствие снижения содержания кислорода и кроющего действия обрастателей).

Влияние обрастания на коррозию нержавеющих сталей, алюминиевых и медных сплавов также неоднозначно, но в целом преобладает отрицательное влияние. Объясняется это тем, что эти материалы склонны к щелевой коррозии в зазорах, образуемых обрастателями, и к усилению коррозии при нарушениях сплошности пассивной пленки в связи с уменьшением содержания кислорода.

Резкое усиление коррозии металлоконструкций в морской воде, иногда в десятки раз, может иметь место в зоне действия блуждающих токов или токов утечки, когда поверхность металла подвергается сильной анодной поляризации под действием стекающего тока.

Источник

Читайте также:  Как сделать ламинирование стали