Ржавеют ли крепежные элементы из нержавеющей стали?

Щелевая коррозия

Во всех случаях повреждение локально: снаружи крепёж выглядит чистым, а корень резьбы или контактная поверхность уже разрушается.

Точечная коррозия

Как работает пассивная плёнка

Защитный слой — хромсодержащая оксидная плёнка, преимущественно Cr2O3, которая образуется сама и работает как тонкая броня. Её действие можно описать тремя свойствами.

• Самообразование — хром в сплаве реагирует с кислородом воздуха и создаёт плёнку без дополнительной обработки поверхности.
• Плотность и стабильность — плёнка прозрачна и имеет толщину всего в несколько нанометров, но изолирует основной металл от агрессивной среды.
• Самовосстановление — в месте царапины хром снова окисляется и восстанавливает плёнку, если достаточно кислорода.

Возможность такой защиты определяет хром: для хорошей нержавеемости его содержание должно превышать около 12 %. Никель стабилизирует аустенитную структуру, а молибден усиливает плёнку против атаки хлоридов — поэтому содержащая молибден сталь 316 значительно устойчивее к морской воде, чем сталь 304.

Условия эксплуатации крепежа из нержавеющей стали

Пассивная плёнка определяет, где работает каждая марка. При выборе крепежа удобно пользоваться такой градацией.

• Сухие чистые помещения — электроника, мебель, оборудование внутри зданий: сталь 304 (A2) не ржавеет десятилетиями.
• Влажная среда без хлоридов — пресная вода и обычная атмосфера: обычно достаточно 304 (A2).
• Морская и прибрежная зона — частицы морской соли насыщены хлоридами, поэтому конструкции, причалы и суда в нескольких километрах от берега требуют стали 316 (A4) или сверхаустенитной марки. То же относится к болтовым соединениям, таким как трубные фланцы, и к их уплотнительным поверхностям.
• Противогололедные соли — дороги, мосты и паркинги в холодных регионах: нагрузка хлоридами может превышать прибрежную.
• Химическая и пищевая промышленность — кислоты, щёлочи и органические кислоты требуют выбора марки по среде, температуре и концентрации.
• Щели, которые остаются влажными, — соединения пищевого оборудования и другие трудноочищаемые зазоры: лучше марки с повышенным содержанием молибдена или более прочные сплавы.

Когда нержавеющей стали недостаточно

В экстремальных средах предела достигает даже сталь 316L. Тогда рассматривают высоколегированные сплавы.

• Сплавы на основе никеля — Inconel 625 и Hastelloy C-276: высокая стойкость к точечной и щелевой коррозии и к коррозионному растрескиванию под напряжением в горячих средах с высоким содержанием хлоридов и смешанных кислотах. Типичное применение: глубоководная морская техника, опреснение, системы очистки дымовых газов, детали реакторов.
• Титан и титановые сплавы — марка 2 и Ti-6Al-4V практически не подвержены точечной коррозии в морской воде, лёгкие, прочные и немагнитные. Типичное применение: подводные аппараты, судовые детали, имплантаты, аэрокосмический крепёж.
• Дуплексные нержавеющие стали — 2205 и 2507 сочетают высокую прочность с заметно лучшей стойкостью к точечной коррозии и растрескиванию, чем обычные аустенитные марки, и часто оказываются экономичным решением.
• Медно-никелевые сплавы — например Cu-15Ni-8Sn — применяются в отдельных морских условиях, но уступают по прочности.

Таблица 1. Коррозия крепежа из нержавеющей стали: причина, механизм и реакция материала.

Защита крепежа из нержавеющей стали от коррозии

Закупочная цена — лишь часть затрат. Для ответственного оборудования или труднодоступных соединений разовые вложения в правильный сплав дешевле остановки производства, ремонта или аварии из-за разрушившегося крепежа. Марку выбирают по температуре, составу среды и нагрузкам, а не по цене в каталоге.

Частые вопросы

Может ли крепёж из нержавеющей стали ржаветь?

Да. Нержавеющая сталь сопротивляется окрашиванию и кислотам, но ионы хлорида, загрязнение железом или щель без кислорода разрушают пассивную плёнку локально, и крепёж покрывается точечной коррозией или трескается.

Что означает название «нержавеющая сталь»?

Это сокращение от «нержавеющая и кислотостойкая сталь»: сталь, которая противостоит атмосферному окислению и коррозии в ряде химических сред. Это не значит, что она неуязвима в любой среде.

Почему сталь 316 лучше 304 у моря?

Сталь 316 содержит молибден, который усиливает пассивную плёнку против атаки хлоридов. Для конструкций и оборудования в нескольких километрах от берега указывают 316 (A4) или более высокую марку.

Как предотвратить ржавление болтового соединения?

Держите щели сухими и чистыми, не используйте щётки и инструмент из углеродистой стали, подбирайте совместимые прокладки и шайбы и не соединяйте разнородные металлы во влажной среде с хлоридами.

Какую марку выбрать при воздействии противогололедных солей?

Относитесь к такой среде как к морской или более жёсткой: минимум 316 (A4), а при высоких нагрузках — дуплексные стали.