В 1913 году английский металлург Гарри Брирли, работая над проектом по улучшению стволов винтовок, случайно обнаружил, что добавление хрома к низкоуглеродистому стали придает окраске стойкость Помимо железа, углерода и хрома современная нержавеющая сталь может также содержать другие элементы, такие как никель, ниобий, молибден и титан.
Никель, молибден, ниобий и хром повышают коррозионную стойкость нержавеющей стали. Это добавление не менее 12% хрома в сталь, которая делает его устойчивым к ржавчине или окрашиванию «меньше», чем другие виды стали. Хром в стали соединяется с кислородом в атмосфере, образуя тонкий невидимый слой хромсодержащего оксида, называемый пассивной пленкой. Размеры атомов хрома и их оксидов одинаковы, поэтому они аккуратно упаковываются вместе на поверхности металла, образуя устойчивый слой толщиной всего несколько атомов. Если металл порезан или поцарапан, а пассивная пленка разрушена, большее количество оксида быстро образует и восстанавливает открытую поверхность, защищая ее от окислительной коррозии.
Железо, с другой стороны, быстро ржавеет, потому что атомное железо намного меньше, чем его оксид, поэтому оксид образует рыхлый, а не плотно упакованный слой и отслаивается. Пассивная пленка нуждается в кислороде для самовосстановления, поэтому нержавеющие стали имеют низкую коррозионную стойкость в условиях низкого содержания кислорода и плохой циркуляции. В морской воде хлориды соли будут атаковать и разрушать пассивную пленку быстрее, чем ее можно восстановить в среде с низким содержанием кислорода.
Типы нержавеющей стали
Три основных типа нержавеющих сталей - аустенитная, ферритная и мартенситная. Эти три типа сталей определяются их микроструктурой или преобладающей кристаллической фазой.
- аустенитный: Аустенитные стали имеют аустенит в качестве своей основной фазы (гранецентрированный кубический кристалл). Это сплавы, содержащие хром и никель (иногда марганец и азот), структурированные по составу железа типа 302, 18% хрома и 8% никеля. Аустенитные стали не закаливаются при термообработке. Наиболее знакомая нержавеющая сталь - это, вероятно, Тип 304, иногда называемый Т304 или просто 304. Хирургическая нержавеющая сталь типа 304 - это аустенитная сталь, содержащая 18-20% хрома и 8-10% никеля.
- ферритные:Ферритные стали имеют феррит (объемно-центрированный кубический кристалл) в качестве основной фазы. Эти стали содержат железо и хром на основе состава типа 430 из 17% хрома. Ферритная сталь менее пластична, чем аустенитная сталь, и не подвергается термической обработке.
- мартенситные: Характерная ромбическая мартенситная микроструктура была впервые обнаружена немецким микроскопистом Адольфом Мартенсом около 1890 года. Мартенситные стали - это низкоуглеродистые стали, построенные на основе состава железа типа 410, 12% хрома и 0,12% углерода. Они могут быть закаленными и закаленными. Мартенсит придает стали большую твердость, но также снижает ее ударную вязкость и делает ее хрупкой, поэтому лишь немногие стали полностью закаливаются.
Существуют также другие сорта нержавеющих сталей, такие как закаленные, дуплексные и литые нержавеющие стали. Нержавеющая сталь может быть изготовлена с различными вариантами отделки и фактуры и может быть окрашена в широкий спектр цветов.
пассивация
Существует некоторый спор о том, может ли коррозионная стойкость нержавеющей стали быть улучшена в процессе пассивации. По сути, пассивация - это удаление свободного железа с поверхности стали. Это выполняется погружением стали в окислитель, такой как азотная кислота или лимонная кислота. кислота решение. Поскольку верхний слой железа удален, пассивация уменьшает изменение цвета поверхности.
Хотя пассивация не влияет на толщину или эффективность пассивного слоя, она полезна для получения чистой поверхности для дальнейшей обработки, такой как нанесение покрытия или покраска. С другой стороны, если окислитель не полностью удален из стали, как это иногда происходит в деталях с плотными соединениями или углами, то может возникнуть щелевая коррозия. Большинство исследований показывают, что уменьшение коррозии поверхностных частиц не уменьшает подверженность точечной коррозии.