Коррозионная стойкость металлов и крепежных изделий

Из этого следует ключевое понятие - коррозионная стойкость. Под ней понимают способность металла, сплава или готового изделия сохранять свои эксплуатационные характеристики при воздействии коррозионной среды в течение заданного времени. Важно подчеркнуть, что коррозионная стойкость не является абсолютным свойством материала. Она всегда оценивается применительно к конкретным условиям эксплуатации: типу среды, температуре, влажности, наличию механических напряжений и конструктивных особенностей.

Какие виды коррозии бывают?

• Наиболее простой и распространенной формой является равномерная коррозия. В этом случае разрушение развивается по всей поверхности металла с близкой скоростью, что приводит к постепенному уменьшению толщины материала. Несмотря на масштабность поражения, данный вид коррозии считается наиболее предсказуемым и часто учитывается при расчете срока службы конструкций.
• В отличие от равномерной, питтинговая (точечная) коррозия имеет ярко выраженный локальный характер. Она проявляется в виде отдельных язв, которые могут быстро проникать вглубь металла при внешне удовлетворительном состоянии поверхности. Именно локальность и трудность обнаружения делают этот вид коррозии особенно опасным, прежде всего для нержавеющих сталей в хлоридсодержащих средах.
• Еще более скрытый характер носит межкристаллитная коррозия. Она развивается по границам зерен металла и практически не выявляется визуально, однако приводит к резкому снижению прочности и пластичности. Чаще всего данный вид коррозии связан с нарушением термических режимов сварки или термообработки нержавеющих сталей.
• Щелевая коррозия возникает в зазорах, под прокладками и в резьбовых соединениях, где затруднен доступ кислорода и нарушено обновление среды. В таких зонах формируются локально агрессивные условия, резко ускоряющие коррозионные процессы.
• Отдельного внимания заслуживает коррозионное растрескивание под напряжением, возникающее при одновременном воздействии агрессивной среды и растягивающих напряжений. Разрушение при этом может происходить внезапно, без выраженных внешних признаков, что делает данный механизм особенно опасным для нагруженных элементов.
• Контактная (гальваническая) коррозия, возникающая при соединении разнородных металлов в присутствии электролита. В этом случае менее благородный металл разрушается ускоренно, защищая более благородный.

Факторы, влияющие на устойчивость к коррозии

Разнообразие механизмов коррозии объясняется тем, что на ее развитие одновременно влияет целый комплекс факторов. Именно их сочетание определяет реальное поведение металла в эксплуатации. 

К ключевым факторам относятся: 

• химический состав металла, определяющий способность к пассивации и сопротивлению локальным видам коррозии; 
• металлургическая структура, влияющая на распределение коррозионных процессов; 
• состояние поверхности, включая шероховатость, загрязнения и следы обработки; 
• параметры среды — влажность, температура и химический состав; 
• механические и остаточные напряжения, возникающие при изготовлении и монтаже; 
• конструктивные особенности, создающие щели и зоны застоя среды. 

Химический состав играет базовую роль, поскольку именно он определяет возможность формирования защитных пассивных пленок. Хром, никель и молибден являются основными элементами, повышающими коррозионную стойкость сталей. 

Однако одного химического состава недостаточно. Металлургическая структура определяет, каким образом коррозионные процессы будут распределяться в объеме материала. Аустенитные стали в целом хорошо сопротивляются коррозии, но в отдельных местах могут быстрее повреждаться, а дуплексные стали в этом плане более «уравновешенные»: у них лучше сочетание прочности и устойчивости к разным видам коррозии. 

Состояние поверхности и параметры среды формируют начальные условия коррозии. Даже стойкий материал может разрушаться ускоренно при наличии загрязнений, дефектов поверхности и агрессивных факторов окружающей среды. 

Завершающим, но не менее важным элементом являются механические напряжения, которые способны инициировать развитие трещин и ускорять локальные коррозионные процессы.

Методы повышения коррозионной стойкости

Понимание факторов коррозии напрямую подводит к вопросу о методах повышения коррозионной стойкости. Эти методы направлены либо на изменение свойств материала, либо на ограничение его контакта с агрессивной средой.

Одним из базовых подходов является легирование, то есть добавление в металл специальных элементов, чтобы сделать его более устойчивым за счет изменения состава.

Устойчивость к коррозии крепежных элементов из нержавеющей стали

Общие принципы коррозионной стойкости приобретают особое значение при рассмотрении крепежных элементов, так как именно они работают в условиях концентрации напряжений и часто первыми выходят из строя.

На практике чаще всего используют нержавеющие стали A2 и A4.. Крепеж A2 подходит для обычных условий, таких как, воздух и в пресная вода. Крепеж A4 содержит молибден, поэтому его применяют там, где есть соли и хлориды, например в морской среде.

При этом увеличение класса прочности нержавеющего крепежа сопровождается ростом чувствительности к коррозионному растрескиванию под напряжением. Поэтому для агрессивных сред чаще выбирают крепеж класса прочности 70 по ISO 3506, где число 70 соответствует минимальному пределу прочности 700 МПа как оптимальный компромисс между прочностью и стойкостью.

Отдельного внимания требует пассивация, которая завершает процесс изготовления и обеспечивает формирование равномерной защитной плёнки на поверхности изделий.

Устойчивость к коррозии крепежных элементов при горячем цинковании и электроцинковании

Альтернативой нержавеющему крепежу является применение углеродистой стали с защитным цинковым покрытием. Уровень защиты от коррозии зависит от выбранного способа цинкования.

Электролитическое цинкование формирует тонкое и равномерное покрытие и применяется в слабоагрессивных условиях эксплуатации.

Горячее цинкование, в свою очередь, создаёт толстое диффузионное покрытие, обеспечивающее длительную защиту в атмосферных и промышленных условиях. Анодные свойства цинка позволяют защищать сталь даже при локальных повреждениях покрытия.

При проектировании крепежных соединений важно учитывать технологические особенности горячего цинкования, включая изменение размеров резьбы.

Стандарты и документация по коррозионной стойкости металлов и крепежных изделий

В Российской Федерации основой такой базы является система стандартов ГОСТ 9 «Единая система защиты от коррозии и старения», устанавливающая терминологию, классификацию коррозионных процессов и методы испытаний.

Дополняют ее международные стандарты ISO, определяющие требования к крепежным изделиям, защитным покрытиям и методам оценки коррозионной стойкости.

Мнение эксперта: Практика показывает, что коррозионная надежность определяется не отдельным материалом или покрытием, а совокупностью факторов: конструктивных решений, условий эксплуатации и качества монтажа. Игнорирование хотя бы одного из этих элементов существенно повышает риск преждевременных отказов крепёжных соединений.