Nerūdijantis plienas, nerūdijančio plieno korozija ir tinkamas nerūdijančiojo plieno cheminis apdirbimas, t. y. nuriebalinimas, ėsdinimas ir pasyvavimas
Kodėl nerūdijantis plienas rūdija, kokiais atvejais ir kaip apsaugoti nerūdijantį plieną nuo korozijos? Atsakymus į šiuos klausimus užduoda ne tik nerūdijančio plieno apdirbimo pramonės atstovai, bet ir nerūdijančio plieno gaminių naudotojai. Toliau pateikiamose gairėse papasakosime apie teisingą nerūdijančiojo plieno apdorojimą.
Pirmiausia… kas yra nerūdijantis plienas?
Nerūdijančio plieno sudėtyje yra ne daugiau kaip 1,2 % anglies ir ne mažiau kaip 10,5 % chromo (pagal Europos standartą EN-10088). Šios grupės plienuose taip pat gali būti kitų legiruojančių elementų, pavyzdžiui, nikelio, molibdeno, niobio, azoto, vario, titano, magnio ar sieros.
Atsižvelgiant į lydinio sudėtį, skiriami šie tipai:
- Austenitiniai, pvz., 1.4301, 1.4401
- Feritiniai, pvz., 1.4016, 1.4521
- Martensitiniai, pvz., 1.4031
- Dupleksiniai, pvz., 1.4362, 1.4462
Numatomas atsparumas korozijai yra pagrindinis kriterijus renkantis plieną. Nerūdijantis plienas vis dažniau naudojamas vizualiai matomoms dalims, pavyzdžiui, fasadams, langams, durims ir virtuvėms, kur ypač svarbi estetinė išvaizda. Tačiau šios iš esmės teigiamos savybės gali nuvilti, jeigu plieno apdirbimo procesai bus netinkamai parinkti ir prastai atlikti.
Siekiant užtikrinti atsparumą korozijai, labai svarbu, kad pasyvusis plieno sluoksnis būtų nepažeistas ir visiškai susiformavęs. Tai galima pasiekti tik tinkamai apdorojant iš specialaus plieno pagamintų gaminių paviršių paskutiniame apdirbimo etape.
Nerūdijančio plieno atsparumas korozijai pirmiausia priklauso nuo lydinio cheminės sudėties, struktūros ir ant paviršiaus susidariusio apsauginio chromo oksido sluoksnio kokybės. Pasyvusis sluoksnis – ne storesnis kaip 2-4 nm chromo oksido sluoksnis – susidaro savaime, kai chromo kiekis lydinyje yra didesnis kaip 12 %. Jis apsaugo plieną nuo tiesioginio kontakto su supančia aplinka ir taip apsaugo jį nuo korozijos. Tam, kad savaime susidarytų pasyvusis sluoksnis, reikia ne tik tinkamo chromo kiekio, bet ir laikytis toliau išvardytų kriterijų: švarus paviršius ir pakankamas deguonies kiekis reakcijai vykti. Jei kuri nors iš šių sąlygų netenkinama, šis sluoksnis savaime nesusidaro, o atsparumas korozijai labai sumažėja.
Šis apsauginis sluoksnis suardomas apdorojant nerūdijantį plieną, pavyzdžiui, gręžiant, tekinant, frezuojant ar lenkiant. Paprastai apsauginis sluoksnis tuoj pat atsinaujina, jei paviršius išlieka neužterštas kitų metalų dalelėmis, pavyzdžiui, priemaišomis, atsiradusiomis apdorojant anglinio plieno medžiagą tomis pačiomis staklėmis, arba priemaišomis, atsiradusiomis dėl avalynės pėdsakų, rankų prakaito ir dulkių. Pažeidus pasyviojo metalo sluoksnio paviršių, jis palaipsniui rūdija. Suvirinimas taip pat jį suardo. Dėl suvirinimo susidarę oksidai yra elektrocheminės korozijos proceso priežastis. To galima išvengti tik kruopščiai pašalinus oksidų sluoksnį po suvirinimo.
Atsparumas korozijai priklauso ne tik nuo chromo oksido sluoksnio susidarymo, bet ir nuo jo stabilumo supančioje aplinkoje. Kai į korozijai atsparaus plieno paviršių įsiskverbia išoriniai veiksniai, per palyginti trumpą laiką gali būti padaryta didelė žala dėl įvairių rūšių korozijos.
Kodėl nerūdijantis plienas taip pat rūdija?
Daugumos metalų korozija yra neišvengiamas savaiminis procesas. Dauguma metalų rūdija, jei supančioje aplinkoje yra šią reakciją skatinančių veiksnių. Termodinaminiu požiūriu metalo būsena yra nestabili, todėl metalai linkę pereiti į energetiškai palankesnę būseną, pavyzdžiui, į oksiduotą būklę, kaip antai metalų oksidai.
Kokios korozijos rūšys pasireiškia?
Paviršinė
Paviršiaus korozijai būdingas tolygus paviršiaus irimas dėl korozijos. Kai nerūdijančio plieno apsauginį sluoksnį suardo korozinė aplinka, rūdija visas paviršius. Šis korozijos tipas būdingas neapsaugotam angliniam plienui. Nerūdijančiam plienui, naudojamam statyboje, ši korozija pasitaiko rečiau, nes korozinės sąlygos paprastai nėra pakankamai agresyvios, kad ją sukeltų (paprastai pasireiškia rūgštinėje aplinkoje).
Taškinė (pitingo) korozija
Taškinė korozija gali pasireikšti įvairiose medžiagose, tokiose kaip aliuminis ir titanas, nelegiruoti ir mažai legiruoti plienai, taip pat labai legiruoti chromo-nikelio plienai. Šis korozijos tipas apibūdina lokalizuotą paviršiaus pažeidimą, dėl kurio atsiranda adatos formos skylės, besiplečiančios po paviršiumi.
Praktikoje šį reiškinį dažnai sukelia chloras, pavyzdžiui, naudojant techninius produktus, kurių sudėtyje yra chloro ( pvz., valymo priemones, priemones nuo kalkių susidarymo, dezinfekavimo priemones, cheminius preparatus nuotekų valymo įrenginiuose).
Chloras turi katalizuojantį poveikį taškinei korozijai, kuri prasideda chloro jonams sąveikaujant su pasyviuoju sluoksniu. Dėl šios priežasties prasiskverbia į apsauginį sluoksnį ir jį pažeidžia. Tokiose vietose susidaro rūdžių dėmės, skatinančios tolesnį korozijos progresavimą. Po paviršiumi esanti korozijos dėmė tampa anodu ir pasižymi dideliu metalo irimo greičiu. Likęs pasyvusis sluoksnis veikia kaip katodas, kuriame sumažėja deguonies kiekis.
Sutrikus medžiagų mainams, vidinėje ertmėje trūksta deguonies, būtino pasyviajam sluoksniui persitvarkyti. Vykstant metalų chloridų hidrolizei, ertmėje sumažėja pH vertė, kas rodo, kad taškinė korozija spartėja, kol per labai trumpą laiką medžiaga vietomis suardoma.
Plyšinė korozija
Šis elektrocheminis procesas panašus į taškinę koroziją. Skiriasi tik pradinės sąlygos. Plyšiuose veikia adhezinės ir kapiliarinės jėgos, vietomis trukdančios skysčių mainams. Šiose vietose yra maža atmosferos deguonies koncentracija, kuri stabdo savaiminę repasivaciją, todėl vyksta metalo erozija.
Lyginant taškinę ir plyšinę koroziją, galima pastebėti, kad plyšinė korozija vyksta esant gerokai mažesniam palankių veiksnių poveikiui. Todėl svarbu, kad projektavimo ir darbų vykdymo etapuose nesusidarytų palankios sąlygos plyšinei korozijai atsirasti.
Tarpkristalinė korozija
Ar nerūdijančiojo plieno suvirinimas turi įtakos korozijai? Termiškai apdirbant ar suvirinant nestabilizuotą nerūdijantį plieną su titano, cirkonio ar niobio priedais, vietomis gali padidėti anglies koncentracija. Suvirinimo siūlės terminio poveikio zonoje gali sumažėti nerūdijančio plieno atsparumas korozijai.
Tarpkristalinė korozija atsiranda dėl chromo karbidų nusodinimo išilgai grūdelių ribų, dėl to šiose vietose sumažėja chromo koncentracija ir pablogėja apsauginio sluoksnio stabilumas.
Tinkamai apdirbtas nerūdijantis plienas nėra jautrus tarpkristalinei korozijai.
Stresinė korozija
Stresinė korozija atsiranda dėl įtrūkimų metaluose, kuriuos sukelia įtempio poveikis korozinėje aplinkoje. Korozijos procesas gali prasidėti net esant labai mažam įtempiui. Pavyzdžiui, jos gali patekti į komponentą dėl statinių apkrovų arba liekamųjų įtempių, atsirandančių apdorojant plieną, pavyzdžiui, suvirinant, šlifuojant ar lenkiant šaltuoju būdu. Šio tipo korozijos eigą lemia potenciali pH vertė, tam tikrų jonų (daugiausia chloro) koncentracija ir aplinkos temperatūra.
Galvaninė korozija
Galvaninė korozija vyksta dviejų metalų, kurių galvaniniai potencialai labai skiriasi, sandūroje. Korozija vyksta anodiškesniame metale.
Norint išvengti galvaninės korozijos, svarbu vengti skirtingų metalų jungčių, naudoti izoliatorius arba, jei įmanoma, geriau naudoti suvirintas jungtis.
Cheminis apdirbimas 3-mis paprastais žingsniais
Nerūdijančio plieno paviršių nuriebalinimas, ėsdinimas ir pasyvinimas, siekiant išlaikyti atsparumą korozijai.
Plieno apdirbimas taikant šiuose procesuose naudojamus cheminius metodus padeda apsaugoti nerūdijančio plieno detales nuo neigiamo poveikio, pavyzdžiui, oksidacijos ir temperatūros sukeltų spalvos pokyčių, pašalinių metalų dalelių ir organinių teršalų nusėdimo, nekeičiant paviršiaus struktūros. Tinkamas cheminių medžiagų parinkimas ir naudojimas yra labai svarbus ekologiškai ir ekonomiškai atliekant nerūdijančio plieno valymą. Toliau pateikiama visa cheminio proceso, skirto nerūdijančio plieno paviršiams paruošti, seka.
Nerūdijančio plieno paviršių nuriebalinimas
Svarbiausias paviršiaus paruošimo etapas. Tinkamas nuriebalinimas ne tik užtikrina, kad nuo nerūdijančio plieno paviršiaus būtų pašalinta alyva, riebalai ar kiti organiniai teršalai, bet ir užtikrina veiksmingą ir tolygų apdoroto nerūdijančio plieno ėsdinimą. Nuriebalinimas gali būti rūgštinis, neutralus arba šarminis. Jis gali būti atliekamas purškiant arba panardinant. Tinkamų preparatų ir specialaus nuriebalinimo metodo pasirinkimas labai priklauso nuo detalės dydžio ir geometrijos, jos paskirties ir kitų reikalavimų.
Gerai nuriebalintas paviršius pasižymi geru drėkinimu.
Vandens plėvelė yra vienalytė, nesusidėlioja ruoželiais, o dryžiai neatsiranda iš naujo.
Dažnai nuriebalinimo priemonės yra daugiakomponentis specialiai parinktų sudedamųjų dalių mišinys, kuriame, be rūgštinės ar šarminės bazės, taip pat yra ištirpusių ploviklių – medžiagų, palengvinančių apdorojamo paviršiaus nuriebalinimą.
Detergentų / paviršinio veikimo medžiagų paskirtis – pašalinti užterštumą nuo paviršiaus ir užkirsti kelią antriniam teršalų nusėdimui.
Šio proceso metu rekomenduojami produktai:
ANTOX 75 E
Nerūdijančio plieno ėsdinimas
Nerūdijančio plieno ėsdinimas yra vienintelis patikimas būdas išgauti metališkai švarų paviršių. Ėsdinant pašalinama ne tik oksidacija, spalvos pokyčiai ir svetimkūniai, bet ir geležis iš pagrindinės medžiagos. Dėl to apdirbtos nerūdijančio plieno detalės paviršius tampa švaresnis. Ėsdinimo laikas ir temperatūra yra pagrindiniai ėsdinimo proceso parametrai. Tinkamai parinktas detalės poveikio laikas ir temperatūra, priklausomai nuo naudojamos ėsdinimo priemonės, turi įtakos proceso veiksmingumui ir galutinei paviršiaus būklei. Cheminis ėsdinimo procesas, kaip ir nuriebalinimas, gali būti atliekamas panardinant arba purškiant. Panardinamasis ėsdinimas laikomas ekonomiškai naudingiausiu dėl mažų ėsdinimo medžiagos sąnaudų. Tačiau tam reikia įrengti cheminėms medžiagoms atsparią specializuotą įrangą ir vonios valdymo sistemą. Ėsdinimo gelis yra greitai pritaikomas ir plačiai naudojamas didelės apimties detalėms. Taip pat yra ėsdinimo pastų, skirtų vietiniam paviršių apdorojimui, pavyzdžiui, po suvirinimo.
Priklausomai nuo nerūdijančio plieno rūšies, naudojamos įvairaus stiprumo ėsdinimo medžiagos. Verta pabrėžti, kad cheminis ėsdinimo procesas yra ne tik technologiškai svarbus, bet ir reikšmingas nerūdijančio plieno estetikai ir ilgaamžiškumui įvairiose pramoninėse ir konstrukcinėse srityse.
Tiksli nerūdijančiojo plieno tręšimo metodologija yra pavyzdžiui nurodyta standarte ASTM A380 – nerūdijančiojo plieno dalių, įrangos ir įrenginių valymo, oksidacijos pašalinimo ir pasyvavimo metodas.
Šio proceso metu rekomenduojami produktai:
Ėsdinimo gelis:
ANTOX 73E PLUS
ANTOX 73E SG
ANTOX 73E Extra
Ėsdinimas vanioje (panardinimas):
ANTOX 80E
Suvirinimo siūlių ėsdinimo pasta:
ANTOX 71E PLUS/EXTRA
Nerūdijančio plieno pasyvavimas
Ėsdinant nerūdijantį plieną savaime susidaro apsauginis sluoksnis, kuriame yra atmosferos deguonies. Nepaisant to, nerūdijančio plieno cheminės pasyvacijos tikslas – pagreitinti šią reakciją ir sukurti storesnį apsauginį sluoksnį. Dažniausiai naudojamos pasyvinimo medžiagos yra rūgštiniai produktai, tačiau yra žinomi ir nerūgštiniai, neutralūs produktai, kurie yra draugiškesni aplinkai. Tai ypač svarbu, kai pagaminti gaminiai turi būti naudojami iš karto po apdirbimo ir kaip papildoma apsauga tolygiam izoliacinio sluoksnio susidarymui.
Pasyvavimas ypač naudingas sudėtingiems gaminiams su persidengiančiomis suvirinimo siūlėmis, į kurias įsiskverbia ėsdinimo priemonės ir maždaug po dviejų savaičių atsiranda nerūdijančio plieno spalvos pakitimų – pradeda ruduoti. Pasyvavimo procesas leidžia geriau apdoroti šias vietas, nes jo metu nereikia iš naujo pjaustyti pagrindinės medžiagos. Dėl to galima išvengti rudų dėmių.
Po cheminio apdirbimo rekomenduojama išmatuoti pasyvumą pasyvumo matuokliu, pvz., „Passi Test Nitty Gritty”.
Passi testas – tai įrankis tiems, kurie nori tiksliai įvertinti tikrąją nerūdijančio plieno pasyvacinio sluoksnio kokybę. Jį sudaro zondas su elektrochemine sistema ir išorinis nuskaitymo įrenginys. Passi testas matuoja atviros grandinės potencialą (taigi ir atsparumą korozijai).
Šio proceso metu rekomenduojami produktai:
ANTOX 90E
Nerūdijančio plieno pasyvinimo sluoksnio matuoklis Passi testas Nitty Gritty
Pamatykite poveikį prieš ir po ėsdinimo geliu.
Naudotas „Antox 73E SG” (su dažikliu)
Nerūdijančio plieno valymas, ėsdinimas ir pasyvavimas vienu metu taikant elektrocheminį nerūdijančio plieno suvirinimo siūlių valymo metodą.
Elektrocheminis suvirinimo siūlių oksidų valymas suvirinus nerūdijantįjį plieną yra veiksmingas metodas. Palyginti su mechaniniu apdirbimu, jis nepažeidžia pasyvacinio sluoksnio, atsakingo už antikorozines nerūdijančio plieno savybes. Plieno suvirinimo siūlių valymas ir pasyvinimas vyksta vieno proceso metu, todėl sutrumpėja bendras apdirbimo laikas.
Darbų sauga ir Aplinkos apsauga
Cheminių medžiagų koncentratų, jų atskiestų formų ir vonių tirpalų transportavimui, saugojimui ir naudojimui taikomi atitinkami teisiniai reglamentai.
Išsami informacija apie produktą pateikiama preparatų saugos duomenų lapuose.
Nuotekos
Prieš išleidžiant į nuotekų sistemą, visos nuotekos turi būti išvalomos pagal nacionalinius ir vietinius teisinius reglamentus.
ANTOX® serija – specializuoti „Chemetall“ gaminiai, skirti nerūdijančiam plienui apdirbti cheminiais metodais
„Chemetall“, kaip pasaulinė paviršiaus apdirbimo lyderė, sukūrė ištisą produktų, skirtų nerūdijančiam plienui nuriebalinti, ėsdinti ir pasyvuoti, asortimentą.
„Chemetall“ yra cheminių ir techninių procesų bendrovė, įsteigta 1982 m. Frankfurte prie Maino kaip „Metallgesellschaft AG“ dukterinė įmonė. Nuo 2016 m. ji yra pasaulinio verslo padalinys „Surface Treatment“, priklausantis BASF dangų skyriui ir veikiantis su „Chemetall“ prekės ženklu. Bendrovė turi padalinių 40 šalių, o 21 iš jų turi savo gamybos įmones.
Pagrindinė „Chemetall“ kompetencija – cheminis metalų paviršiaus apdirbimas. Pasaulinė bendrovės veikla orientuota į individualius poreikius atitinkančių technologijų ir sisteminių sprendimų kūrimą ir diegimą. „Chemetall“ produktai apsaugo metalus nuo korozijos, palengvina formavimą ir apdirbimą, optimaliai paruošia detales dažymo procesams ir užtikrina puikų dangų sukibimą.
„Chemetall“ produktai naudojami įvairiose pramonės šakose ir galutinėse rinkose, pavyzdžiui, automobilių, aviacijos, kosmoso, aliuminio apdorojimo ir metalo apdirbimo.
Mechaniniai metodai – kraštutinės priemonės
Kaip mechaniškai apdirbti, kad būtų sumažinta korozijos rizika?
Mechaninis nerūdijančio plieno apdirbimas naudojamas, kai svarbus greitis, tačiau efektas ne visada būna džiuginantis. Valymas šepečiu, šlifavimas ar slėginis apdirbimas yra paprasti metodai, kurie ne visada yra veiksmingi ir patvarūs. Ypač kai reikia apdirbti sunkiai pasiekiamas vietas.
Šveitimas šepečiu
Šepetys turėtų būti naudojamas tik tada, kai reikalingas nedidelis atsparumas cheminėms medžiagoms. Apdirbimas visada atliekamas vieliniais šepečiais, pagamintais iš austenitinio plieno. Toks paviršiaus tvarkymo būdas yra nebrangus, tačiau jo negalima naudoti sunkiai pasiekiamose vietose ir jis netinka stipriai prilipusiems šlako likučiams ir apnašų sluoksniams šalinti.
Šlifavimas
Nerūdijančio plieno paviršiaus šlifavimas atliekamas dėl įvairių priežasčių. Būtina pašalinti suvirinimo ar terminio proceso metu susidariusias nuosėdas ir oksidų sluoksnius, apdirbti suvirinimo siūles ar paviršiaus defektus. Paviršiaus kokybė privalo būti pagerinta dėl optinių ir korozinių-cheminių priežasčių. Mechaninis šlifavimas skatina šaltą paviršiaus sukietėjimą ir vidinius įtempius. Dėl to sumažėja atsparumas taškinei ir plyšinei korozijai. Šlifuotas paviršius nėra lygus, jam būdinga daug smulkių griovelių.
Smėliavimas
Šis paviršiaus apdirbimo būdas puikiai tinka stipriai sulipusioms apnašoms valyti ir optiškai lygiems paviršiams išgauti. Abrazyvinis smėliavimas stiklo arba keramikos rutuliukais yra standartinis nerūdijančio plieno apdirbimo būdas. Rutuliukų dydis lemia abrazyvinės srovės apdirbimo metu išgaunamą paviršiaus švarumo lygį. Naudojant mažesnius rutuliukus galima užtikrinti didesnį švarumą nei naudojant didesnius.
Toks procesas turi ir trūkumų, nes dažnu atveju abrazyvinė medžiaga įsiterpia į plieno paviršių.
Mechaniniai metodai ar greitis…
Kaip matyti, mechaniniai metodai turi trūkumų ir dėl to anksčiau ar vėliau medžiaga bus paveikta korozijos. Tačiau jei ilgalaikis atsparumas nėra svarbus, verta naudoti patikrintas priemones ir medžiagas.
Vaizdo įrašai apie nerūdijančio plieno ėsdinimo procesą
Pamatykite, kaip purškiamasis ėsdinimas atrodo praktiškai
Pamatykite, kaip praktiškai atrodo ėsdinimas panardinant
