Поверхности нержавеющих

Рис. 214. Схематическое изображение пленочно-адсорбционной пассивности поверхности нержавеющей хромоникелевой стали:

среды, и играет роль катода, а активные участки пленки (поры) становятся анодами. В результате самополяризации поверхности нержавеющей стали кислород (или комплексы окислителя) глубоко внедряется в металл на анодных участках, служа переходным слоем от металла к защитной пленке, улучшая их сцепление и переводя металл в пассивное состояние. Вместе с тем на катодной поверхности могут образоваться новые активные участки, которые станут анодами и в свою очередь под воздействием катодной поверхности подвергнутся анодной поляризации.

В результате анодной поляризации потенциал корродирующей стали становится более положительным и при достижении потенциала, необходимого для анодного образования окпсных пленок, наступает возможность перехода анодных участков аустенитной нержавеющей стали (представляющей собой твердый раствор Сг и Ni в железе) в пассивное состояние, что приводит к общему пассивированию кс^родирующей поверхности нержавеющей стали.

Питтинг быстрее развивается на нержавеющих сталях с неоднородной структурой. У аустенитной стали склонность к пит-тингу также возрастает, если ее подвергнуть кратковременному нагреву до области температур, в которой образуются карбиды (сенсибилизации). Образованию питтинга в результате щелевой коррозии способствует также присутствие на поверхности нержавеющей стали органических и неорганических пленок или морских организмов, которые частично экранируют поверхность от доступа кислорода. Щелевая коррозия менее всего проявляется в морской воде, которая двигается с некоторой скоростью относительно поверхности металла [41]. При этом вся поверхность контактирует с аэрированной водой и равномерно пассивируется.

питтингов на полированной поверхности нержавеющей стали, хотя и уменьшается, но их глубина может возрастать. Устойчивость нержавеющей стали к образованию питтинга повышается только при легировании молибденом. Легирование титаном или ниобием предохраняет нержавеющую сталь от межкристаллитной коррозии, однако устойчивость к питтингу не повышает.

Контакт нержавеющих сталей с углеродистой сталью в атмосферных условиях может оказаться опасным, так как разность потенциалов между нержавеющей сталью и железом значительна, а анодная поляризация железа в пленках электролитов, возникающих на металлах в промышленной или морской атмосферах, мала. Малая поверхность углеродистой стали может привести к сильной коррозии последней, но обратное соотношение, т. е. контакт малой поверхности нержавеющей стали с большой поверхностью углеродистой, допустим и даже желателен. Равное соотношение поверхностей нержавеющей стали и углеродистой обычно достаточно, чтобы обеспечить защиту нержавеющей стали и не вызвать чрезмерной коррозии углеродистой (табл. 2).

Рис. 60. Зависимость поглощательной способности поверхности нержавеющей стали с покрытием Fe2S3 от времени облучения:

Важной особенностью рассматриваемого электролита является возможность получения гальванопластических покрытий без вздутий и легко снимаемых с поверхности нержавеющей стали. Это достигается при выходе по току 50% или более. Этот электролит может быть использован для осаждения и на печатные схемы из стеклотекстолита. Цианидный электролит разрушает стеклотекстолит.

Никель, упрочненный волокнами, получается из суль-фаматного электролита в виде гальванопластических материалов на поверхности нержавеющей стали, алюминия или пластмасс. Многослойные по отношению к волокнам осадки толщиной до 3,2 мм или выше получались на шаблоне, который вращался на горизонтальной оси, параллельной аноду. Вращение шаблона необходимо для непрерывного последовательного наматывания волокон в процессе электролиза. Механические свойства некоторых материалов, полученных таким способом, приведены ниже:

Рие. 8. Схематнч. изображение пассивной поверхности нержавеющей стали, где М — металл, П — фазовая пленка, кружочки — адсорбционная пленка.

Паяемые поверхности нержавеющей стали Х18Н9Т, стабилизированной титаном, открытые потоку аргона, плохо смачиваются серебряными самофлюсующими припоями (напр., ПСр72Л;МН). Активирование припоя ПСр72ЛМН добавками Ti (-0,12%) или Zr (~1%) обеспечивает в этих же условиях хорошее смачивание, плавные галтели и повышение прочности паяного соединения (при темп-ре пайки 960—1050°).

Азот увеличивает растворимость Fe и Ni в литии и термический перенос массы, азотирует поверхностный слой некоторых нержавеющих сталей. Водород в жидком сплаве натрия с калием вызывает охрупчивание ниобия. Присутствие углерода в жидком натрии приводит к науглероживанию поверхности нержавеющих сталей, находящихся в контакте с жидким металлом.

Так, Г. В. Акимовым и В. П. Батраковым была предложена гипотеза (1956 г.) относительно пленочно-адсорбционной природы пассивности нержавеющих сталей (рис. 214). Согласно этой гипотезе, на поверхности нержавеющих сталей имеется тонкая, эластичная и плотная защитная пленка. Под пленкой и в порах пленки находятся атомы или ионы кислорода (или более сложные комплексы окислителя), хемосорбированные металлом. Поверхность, имеющая защитную пленку, приобретает потенциал, близкий к окислительно-восстановительному потенциалу коррозионной

Во избежание коробления и скручивания заготовок при прокатке из-за большой разницы коэффициентов расширения между ними (коэффициент расширения нержавеющей стали примерно в 2,5 раза больше коэффициента углеродистой) пакет для прокатки собирают из двух пакетов с изолирующей прослойкой между ними из смеси окиси алюминия и лаков или ведут прокатку в специальных направляющих проводках. Изолирующая смесь наносится тонким слоем на поверхности нержавеющих листов.

Другая серия опытов, проведенных в течение пяти лет в условиях приморского влажного субтропического климата, была посвящена изучению вопросов контактной коррозии титановых сплавов. Результаты опытов показали, что титан и его сплавы как в отдельности, так и в контакте являются коррозионностойкими не только в условиях атмосферы, но и в море на разных глубинах (3-:-8 м). Отмечено, что обрастание на титане меньше, чем на поверхности нержавеющих сталей. Контакт титановых сплавов (АТЗ, ОТ4) с углеродистыми и низколегированными сталями и со сплавами алюминия в условиях морской атмосферы ускоряет процесс разрушения последних.

В активной области и области перепассивации скорость коррозии нержавеющих сталей возрастает с увеличением потенциала в соответствии с законом электрохимич. кинетики. В неустойчивой области, наоборот, скорость коррозии нержавеющих сталей уменьшается с увеличением потенциала, что связано с постепенной пассивацией поверхности нержавеющих сталей. При достижении полной пассивации скорость коррозии нержавеющих сталей практически не зависит от потенциала.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется защитными св-вами поверхностной пассивной пленки, к-рые сильно зависят от состава стали и качества обработки поверхности. Как правило, нержавеющие стали с грубо обработанной поверхностью характеризуются пониж. коррозионной стойкостью. Наибольшая коррозионная стойкость в атм. условиях достигается в полированном состоянии. В целях повышения защитных св-в поверхностной пленки нержавеющие стали после механич. обработки, в т. ч. и механич. полирования, подвергают хи-мич. пассивации. В этом случае создается более совершенная пассивная пленка и удаляются следы железа, занесенные при обработке инструментом (следы железа на поверхности нержавеющих сталей становятся очагом коррозии). Пассивация производится в 20%-ном растворе HN03 при 45—55° в течение 16—30 мин., можно проводить пассивацию в 40%-ном растворе HN03 при комнатной темп-ре. Пассивация мартенситных сталей производится в растворе, содержащем 20% HNO. и 2% К2Сг2О, при 45—55° в течение 15— 30 мин. Пассивация нержавеющих сталей может проводиться ив др. растворах, содержащих окислители.

Установлено [30], что точечная коррозия возникает в основном в первые 15-30 мин и если точек поражения не вскрывать, то новые не появляются. Если же после каждого цикла такие точки вскрывать и этим прекращать их рост, на поверхности нержавеющих сталей появляются новые очаги коррозии.

Во избежание коробления и скручивания заготовок при прокатке из-за большой разницы коэффициентов расширения между ними (коэффициент расширения нержавеющей стали примерно в 2,5 раза больше коэффициента углеродистой) пакет для прокатки собирают из двух пакетов с изолирующей прослойкой между ними из смеси окиси алюминия и лаков или ведут прокатку в специальных направляющих проводках. Изолирующая смесь наносится тонким слоем на поверхности нержавеющих листов.

При высоких температурах (более 600° С) наблюдается заметное науглероживание поверхности нержавеющих сталей, особенно поверхности сталей, легированных сильными карбидо-образующими элементами, например титаном. Науглероживание усиливается при наличии углеродсодержащих материалов в системе и может сопровождаться переносом углерода в ней.

Необработанная поверхность отливок, проката, поковок и т. п. всегда покрыта окалиной, т. е. слоем окислов железа, и в малой степени других элементов. Химический состав окалины: Ре2Оз, Fe3O4. В сталях, легированных хромом, окалина содержит Сг2Оз. На поверхности углеродистых сталей окалина держится непрочно и легко отделяется при ударе. На поверхности нержавеющих хромистых и хромо-никелевых сталей окалина держится очень прочно.

Число кислотных растворов, используемых в настоящее время для удаления окалины с поверхности нержавеющих сталей велико [20, 153, 156, 161, 169, 171]. Их можно разделить иа 2 большие группы: 1) на основе серной и соляной кислоты, 2) иа основе азотной кислоты. Составы (г/л) некоторых травильных растворов для легированных сталей приведены ниже: