Почему ржавеет нержавейка?

В качестве материалов для емкостей, деталей оборудования, комплектующих, режущего инструмента – в пищевой промышленности, а также для изготовления посуды, столовых приборов, ножей – в быту, наибольшее распространение получили сплавы на основе алюминия и нержавеющие стали. Но в последнее время довольно часто приходится сталкиваться с тем, что нержавейка ржавеет. Почему?

Преимущества нержавеющих сталей

Более широкое применение получили нержавеющие стали, преимуществом которых являются относительно низкая стоимость по сравнению со сплавами на основе алюминия, высокая коррозионная стойкость, а также высокие механические свойства. Характерной особенностью нержавеющих сталей является их высокая сопротивляемость атмосферной коррозии и окислению при высоких температурах.

Эти замечательные свойства обусловлены, прежде всего, влиянием хрома, входящего в состав нержавеющих сталей. Благодаря особой склонности образовывать на поверхности весьма устойчивую защитную пленку окиси металла, хром обладает исключительным свойством самозащиты против атмосферной коррозии и действия ряда химических веществ. Это объясняется тем, что свободная поверхность хрома или железо-хромистого сплава на воздухе становится очень быстро окисленной и эта невидимая и в то же время весьма устойчивая пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Склонность чистого хрома к пассивированию распространяется и на его твердые растворы в железе (при содержании хрома выше 12% железо-хромистые сплавы становятся нержавеющими). С увеличением содержания хрома в железо-хромистом сплаве сопротивление атмосферной коррозии и действию многих химических веществ еще более повышается. Однако, следует помнить, что железо-хромистые сплавы показывают наибольшую сопротивляемость коррозии в такой среде, которая обеспечивает образование устойчивой защитной пленки на поверхности металла.

Также, коррозионная стойкость нержавеющих сталей в сильной степени зависит от содержания углерода. В сталях с 13-15% хрома, используемых для изготовления ножей и режущего инструмента в пищевой промышленности, коррозионная стойкость понижается при содержании углерода 0,3-0,4%.

Применяемые материалы

В последнее время довольно часто возникают вопросы понижения коррозионной стойкости нержавеющих сталей в процессе эксплуатации режущего инструмента и узлов из нержавеющих сталей, применяемых в пищевой промышленности, а также посуды, столовых приборов, ножей, используемых для бытовых целей.

Наибольшее распространение для изделий бытового назначения (кроме ножей) и для оборудования в пищевой промышленности получила сталь типа 18-8 (08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т), зарубежный аналог – AISI 304 и AISI 321. Сочетая достаточную прочность с очень высокой пластичностью, в то же время, эти материалы обладают очень высокой химической стойкостью и прекрасной свариваемостью.

Основными поставщиками относительно недорогой посуды, столовых приборов и других изделий бытового назначения в Украину являются Китай, Индия, а также отечественные украинские производители. В Украине основными производителями изделий из нержавеющих сталей был комбинат «Днепрспецсталь», Вольнянский завод столовых приборов и Донецкий меткомбинат.

В настоящее время из-за высокой стоимости изделий этих производителей, они не конкурентоспособны, и объем их производства резко упал или прекращен вообще.

Претензий по качеству изделий, изготавливаемых известными фирмами Zeptor, Vinzer нет, но их стоимость в 5-10 раз выше, чем у изделий производства Китая или Индии, поэтому спрос на эти изделия незначителен.

Причины снижения качества нержавеющих сталей

Рассмотрим основные причины понижения коррозионной стойкости, и, как следствие, возникновение либо сплошной, либо точечной коррозии на поверхности изделий. Стали типа 18-8 склонны к межкристаллитной коррозии (разрушение стали по границам зерен), которую они приобретают в результате замедленного охлаждения или нагрева в интервале температур 500-850°С, а также при сварке. Определить склонность к межкристаллитной коррозии материала на готовых изделиях затруднительно, поскольку она не всегда проявляется при визуальном осмотре, но может выявляться в процессе эксплуатации изделий.

Не склонны к межкристалитной коррозии стали типа 18-8 с содержанием углерода менее 0,06%. Большое влияние на коррозионную стойкость оказывает термическая обработка и состояние поверхности. Наивысшую коррозионную стойкость приобретают стали после закалки с 1100-1150°С в воду, но нержавеющая сталь, применяемая для изготовления изделий бытового назначения, закалке не подвергается.

Кроме того, сталь, применяемая для изготовления рассматриваемых изделий, должна иметь полированную поверхность. Наличие глубоких царапин, рисок, изъязвлений, а также присутствие следов окалины, вследствие нарушения пассивной пленки, обычно ведет к образованию очагов местной коррозии. Основным способом получения полированной поверхности на листовом материале является электрополировка, после которой поверхностные дефекты могут иметь блестящий вид, но в процессе использования изделий на них возможна местная коррозия.

Одной из причин коррозии стали является несоответствие марки стали для изготовления изделий, а именно замена относительно дорогой стали типа 18-8 (из-за наличия в ней никеля) на безникеливые нержавеющие стали типа Х13, имеющие более низкую коррозионную стойкость.

Самым простым способом для определения стали типа 18-8 является проверка изделия постоянным магнитом. Изделия из этой стали немагнитны, так как ее структура – аустенит. Возможна замена ее сталью типа 03Х17Н14М2 (марганцовистая), которая, также является немагнитной и имеет высокие коррозионные свойства.

Изделия производства Китая изготовлены в основном из более дешевых безникелевых сталей, поэтому возможна их коррозия, особенно при нагреве до высоких температур. В отличии от сталей типа 18-8 они магнитны.

Для изготовления ножей и других режущих изделий должны применяться стали, которые после термической обработки приобретают высокую твердость, а, следовательно, высокую режущую способность. Наиболее подходящим материалом для ножей являются стали типа 20Х13-40Х13 (AISI 420). Наилучшие свойства эти стали приобретают после горячей пластической деформации (перековке), но в настоящее время ножи чаще изготавливают из листового материала.

Ножи производства Китая изготовлены из сталей этого типа, но они зачастую не подвергаются термической обработке, имеют меньшую твердость, поэтому не затачиваются. Простым способом проверки твердости ножей является проверка надфилем (напильником) или не сильным ударом по мягкой стали, при котором на режущей кромке не должно быть зазубрин (более твердые стали, прошедшие упрочняющую термообработку, оставляют следы на мягкой неупрочненной стали).

Причиной образования коррозии на ножах из материала, не прошедшего упрочняющую термообработку, являются поверхностные дефекты, а также значительный перегрев металла при заточке. Но сразу это не всегда проявляется, а может «подвести» в процессе эксплуатации.

В настоящее время в Украине ножи в массовом количестве не производятся, а кроме Китая поставщиками ножей довольно высокого качества по относительно невысокой цене являются Бразилия и Россия. Режущая способность ножей зависит от содержания углерода: чем содержание углерода выше, тем выше эксплуатационные свойства, но при значительном повышении его содержания понижается коррозионная стойкость. В сталях типа Х13 это наблюдается при содержании углерода более 0,5%.

Основными причинами понижения коррозионной стойкости емкостей, изделий и деталей в пищевой промышленности являются несоответствие применяемых нержавеющих сталей тем средам, в контакте с которыми они находятся.

Также следует помнить – ни в коем случае не допустим контакт нержавеющих сталей и обычных углеродистых потому, что нержавейка в результате контакта с «ржавеющими» сталями сама начинает ржаветь. Известно множесто случаев, когда нержавеющие емкости, установленные на платформе из обычной стали, со временем начинали течь.

Залогом того, что нержавеющие стали не будут ржаветь в процессе эксплуатации является строгое соблюдение технологии изготовления стали и использование каждого материала в соответствии с его свойствами и назначением.

Меньшиков А. Г.,
к. т. н., доцент, Реброва Е.М., ст.преп.,
кафедра Материаловедения
НТУ «Харьковский политехнический институт»