Почему ржавеет нержавейка

Почему нержавейка вообще не ржавеет

Нержавеющая сталь — это не название марки, а материал определённого состава. По европейскому стандарту EN 10088-1 в стали должно быть не меньше 10,5 % хрома и не больше 1,2 % углерода. Никель, молибден, азот и титан добавляют сверху: они поднимают устойчивость к коррозии и меняют другие свойства металла — пластичность, прочность, поведение при сварке.

Коррозия металлов — естественный процесс: по словам worldstainless, почти любой материал со временем разрушается. Нержавеющая сталь не ржавеет не из-за самого металла, а благодаря тонкому защитному слою на поверхности. Хром образует слой оксида хрома толщиной 1–5 нанометров. Британская ассоциация нержавеющей стали BSSA выделяет его главное свойство: царапины и другие механические повреждения этот слой затягивает сам. Но только при одном условии — к поверхности металла есть доступ кислорода. Поэтому, как пишет worldstainless, нержавеющая сталь обходится без покрытий.

Отсюда короткий ответ на вопрос из заголовка: ржавеет нержавейка тогда, когда защитный слой разрушают быстрее, чем он успевает восстановиться. У каждой марки стали свой предел: одна рассчитана на сухое помещение, другая выдерживает соли с дороги. Любой случай коррозии нержавейки сводится к одному из двух: условия оказались жёстче, чем выдерживает материал, или повреждение поверхности металла случилось при изготовлении.

Почему нержавеющая сталь ржавеет: пять причин

Соль, реагенты и хлориды

Главный враг защитного слоя — хлориды: морская соль, противогололёдные реагенты, хлорсодержащие химические средства. Они способны разрушить плёнку в отдельных точках — там коррозия начинается и уходит вглубь. Так идёт питтинговая коррозия, она же точечная коррозия: снаружи видны мелкие рыжие точки, а под ними углубления, где разрушение продолжается внутри металла.

Для Москвы важнее всего реагенты. Международная ассоциация молибдена IMOA перечисляет, из чего они состоят: хлориды натрия, кальция и магния. Солевую взвесь от оживлённой дороги ветер уносит на расстояние до 1 км и поднимает до 59-го этажа. Хлорид кальция становится коррозионно активным уже при 0 °C и влажности 45 %, хлорид натрия — при 10 °C и 76 %. Поэтому ограждение у проезжей части начинает ржаветь, а такое же во дворе стоит чистым.

Частицы обычной стали на поверхности

Частая причина появления ржавчины на новом изделии — не сама нержавеющая сталь, а въевшаяся в неё пыль железа и мелкая стружка от обычного металла. Производитель нержавейки Outokumpu пишет об этом прямо: частицы углеродистой стали дают пятна ржавчины. Они попадают на лист со шлифовального круга, которым работали по чёрному металлу, со стальной щетки. Их оставляет металлический стеллаж или стропа без прокладки.

Сначала ржавеет само загрязнение, и такие поверхностные пятна можно отмыть. Но австралийская ассоциация нержавеющей стали ASSDA предупреждает: загрязнение обычной сталью способно вызвать и более серьёзные проблемы с коррозией. Поэтому по нержавейке работают отдельным инструментом.

Сварка: почему ржавеют швы

Швы — самое уязвимое место изделия. Нагрев при сварке разрушает пассивную плёнку стали, и вокруг шва образуется тёмный слой оксида, который металл не защищает. Под ним остаётся слой, обеднённый хромом. Это и есть цвета побежалости — соломенные, коричневые, синие полосы вдоль шва. Поэтому нержавейка ржавеет после сварки не по всему изделию: ржавеют именно края шва.

Второй механизм — сенсибилизация: нагрев меняет структуру стали. Если участок стали нагревается до 370–815 °C, хром уходит из металла в карбиды по границам зёрен. По формулировке worldstainless, на этом участке сталь фактически перестаёт быть нержавеющей. Так развивается межкристаллитная коррозия. Против неё есть низкоуглеродистые марки стали 304L и 316L и марка 321, стабилизированная титаном: титан связывает углерод, и карбиды хрома не образуются.

Чтобы шов не ржавел, окисел и обеднённый слой снимают травлением — гелем, пастой или в ванне на основе азотной и плавиковой кислот. Бледно-соломенный оттенок при хорошей защите шва газом, по ASSDA, в мягкой среде можно оставить без травления.

Щели и застой влаги

Защитному слою нужен кислород. В узких щелях, под прокладками, в нахлёсте листов стали и под грязью его мало, и нержавеющая сталь теряет защиту: слой не восстанавливается, развивается щелевая коррозия. Туда же относятся горизонтальные полки, где стоит вода, и места под навесом, куда не попадает дождь. По ASSDA, там условия особенно жёсткие: соли с поверхности нержавеющей стали не смываются.

Значение имеет и шероховатость поверхности металла. В глубоких рисках соль задерживается и концентрируется. Для улицы ASSDA рекомендует шероховатость поверхности стали не больше 0,5 мкм Ra, а шлифовку — по вертикали, чтобы вода стекала.

Гальваническая коррозия: контакт с другим металлом

Когда два разных металла соприкасаются во влажной среде, быстрее идёт разрушение более активного из них, а коррозия более благородного замедляется. Так устроена гальваническая коррозия металлов. Нержавеющая сталь в такой паре обычно благороднее, поэтому страдает сосед: оцинкованный крепеж на нержавеющем изделии разъедает быстрее, а вокруг нержавеющего крепежа в конструкции из обычной стали ржавеет сталь. Рыжие потёки с ржавой соседней детали стекают на нержавейку и выглядят как её собственная ржавчина.

Какая нержавейка не ржавеет: 430, 201, 304, 316

Абсолютно стойкой нержавейки нет: любая нержавеющая сталь ржавеет, если условия жёстче её предела. Марки нержавеющей стали различаются составом, и от него зависит устойчивость к коррозии. Чтобы сравнивать марки стали, металлурги считают индекс PRE — стойкость к точечной коррозии: процент хрома в стали плюс 3,3 × процент молибдена плюс 16 × процент азота. По ASSDA, у самых слабых марок PRE около 10,5, у самых стойких — больше 40. Outokumpu оговаривается: это инструмент грубого сравнения, а не прогноз поведения в конкретной среде.

Состав стали и PRE — из таблиц Outokumpu, в скобках — ближайшие российские марки. Разрыв 316 с остальными даёт молибден: по IMOA, он заметно поднимает коррозионную стойкость в хлоридах. Отсюда ответы на частые вопросы.

• Ржавеет ли нержавейка 430? Нержавеющая сталь 430 в помещении и в мягкой городской среде, как правило, не ржавеет. Outokumpu относит её к слабоагрессивным условиям и прямо пишет, что устойчивость к коррозии в хлоридах у неё ниже, чем у 304. У дороги с реагентами и у моря 430 будет ржаветь.
• Ржавеет ли нержавейка 304? Нержавеющая сталь 304 в помещении и на улице без соли держится. У дороги, которую посыпают реагентами, её нужно регулярно мыть, иначе через зиму появятся точки.
• А 201? BSSA пишет, что в стандартных испытаниях 201 близка к 304, а вот новые марки серии 200 со сверхнизким содержанием никеля показали себя заметно хуже. При этом по коррозионной стойкости серия 200 ограничена: в тёплой воде даже с небольшим содержанием хлоридов такая нержавейка не годится — нужна 316.

Магнит помогает понять вид стали, но с оговоркой. 430 — ферритная, а 304 и 316 — аустенитная сталь. По ASSDA, ферритная притягивается сильно, а аустенитная сталь — слабо и только на деформированных участках: на гибах, после холодной штамповки. Лёгкое притяжение на гибе ещё не значит, что нержавейка поддельная и вместо 304 положили 430. Сильное по всему листу — признак ферритной стали.

Какую марку брать под изделие

Материал и марку стали выбирают по среде, а не по цене листа. Переплатить за 316 там, где хватило бы 430, — выброшенные деньги. Сэкономить на 304 у проезжей части — через зиму на изделии появятся очаги коррозии.

Риск коррозии часто определяет не город, а расстояние до дороги. IMOA оценивает место установки по баллам: загрязнение воздуха, соль, климат, конструкция, уход. При сумме от 0 до 2 баллов достаточно 304, при 3 баллах нужна 316, при 4 и больше — марки ещё стойче. Одно только соседство с дорогой, которую посыпают реагентами, даёт от 1 до 4 баллов в зависимости от расстояния. Регулярный уход сумму снижает: изделию, которое моют каждый месяц, система вычитает 3 балла.

Если вы заказываете изделие, начните с условий: где оно будет стоять, чем его будут мыть, есть ли рядом дорога. По этим ответам подбирают марку при изготовлении изделий из нержавейки, чтобы не переплатить за 316 там, где хватит 304.

Как не испортить нержавейку при изготовлении

Нержавеющая сталь правильной марки всё равно может заржаветь — из-за того, как из неё сделали изделие. Материал тут ни при чём: многие причины коррозии закладываются ещё в цехе.

• Отдельный инструмент. Круги, щетки и шлифовальные материалы, которыми работали по чёрному металлу, переносят стальную пыль на нержавейку. Пачкает лист и стальной стеллаж без накладок: Outokumpu советует закрывать стойки из обычной стали деревянными, резиновыми или пластиковыми накладками.
• Резка без окисла. При лазерной резке нержавейки в азоте инертный газ вытесняет кислород из зоны реза, и кромка выходит светлой, без цветов побежалости. Её не нужно зачищать перед сваркой.
• Защитная плёнка. Заводскую плёнку с листа стали снимают как можно позже, перед сдачей изделия. Это тоже рекомендация Outokumpu: плёнка бережёт поверхность от загрязнения.
• Швы. Шов зачищают и шлифуют, для агрессивной среды — травят: химические пасты снимают окисел и обеднённый хромом слой и возвращают шву коррозионную стойкость. Сплошной шов лучше прерывистого: по ASSDA, прерывистые швы оставляют щели, где задерживается вода.
• Конструкция. Без горизонтальных полок и карманов, где стоит вода. Шлифовка по вертикали, вода должна свободно стекать.

Если ржавчина уже появилась

Сначала поймите, почему появляется ржавчина и что перед вами. Рыжий налёт, который оттирается, — чаще всего следы чужого железа или солевые отложения. Точки, которые не оттираются и оставляют углубления, — это очаги ржавления: питтинговая коррозия, плёнка в этих местах повреждена.

Для удаления ржавчины в виде налёта хватит мягкого моющего средства и тёплой воды: налёт смывают с поверхности нержавеющей стали, промывают чистой водой и вытирают насухо. Так же ASSDA советует мыть нержавейку и при обычном уходе. Чем нельзя пользоваться:

• хлорсодержащие отбеливатели и химические средства с гипохлоритом;
• соляная кислота — её иногда берут против цемента, но, по ASSDA, она оставляет пятна и обычно запускает более серьёзную коррозию;
• абразивные материалы с хлоридами и стальная вата.

Если пятна возвращаются, в микроскопических углублениях остались соли, и обычная мойка уже не поможет. Outokumpu в этом случае рекомендует химические средства с травящим или пассивирующим действием, а при глубоких язвах — механические способы: шлифовку или ремонт. На производстве пассивацию делают азотной или лимонной кислотой: стандарт ASTM A967 допускает растворы лимонной кислоты концентрацией 4–10 %.

Масла и воски, по ASSDA, на время закрывают поверхность от хлоридов, но их нужно регулярно обновлять, и к ним липнет грязь. Надёжнее поддерживать сам защитный слой: чистая поверхность, доступ воздуха, регулярная мойка.

Коротко

• Нержавеющая сталь защищена слоем оксида хрома толщиной 1–5 нм. Он сам восстанавливается, пока к поверхности металла поступает кислород.
• Основные причины коррозии нержавейки — хлориды из реагентов и соли, загрязнение обычной сталью, перегрев при сварке, застой влаги в щелях.
• Стойкость к точечной коррозии по PRE: 430 — 16, 201 и 321 — 17, 304 — 18, 316 — 24.
• Нержавеющая сталь 430 — для помещений, 304 — для кухни и улицы без соли, 316 — для реагентов и моря.
• Швы ржавеют из-за окисла и обеднённого хромом слоя под ним. Их зачищают, а для агрессивной среды травят.