Питтинговая коррозия нержавейки: причины и какие марки устойчивы

Что такое питтинговая коррозия

Нержавеющую сталь защищает тонкая пассивная плёнка оксида хрома. Она образуется сама при содержании хрома от 10,5 % и восстанавливается при повреждении. Хлорид-ионы разрушают эту плёнку не по всей поверхности, а в отдельных точках. В этих точках металл становится анодом, вся остальная поверхность — катодом, и коррозия уходит вглубь узкой язвой — питтингом.

Внутри язвы среда становится кислее и концентрация хлоридов растёт, поэтому процесс ускоряет сам себя. Снаружи видно лишь точку или ржавый подтёк, а под ней может оказаться отверстие в стенке трубы или ёмкости.

Что вызывает питтинг

• Хлориды — морская вода и воздух у моря, солевые растворы, противогололёдные реагенты, хлорированная вода, некоторые моющие средства.
• Температура — чем теплее среда, тем ниже допустимое содержание хлоридов. Для каждой марки есть критическая температура, выше которой питтинг возникает быстро.
• Щели и застойные зоны — под прокладками, в нахлёстах, под отложениями и налётом. Там кислород не поступает, плёнка не восстанавливается.
• Частицы обычной стали на поверхности — от общего инструмента, абразива, искр при резке чёрного металла. Они ржавеют и становятся очагами коррозии.
• Недостаточно легированная марка — например, AISI 430 или 201 во влажной среде с хлоридами.

Индекс PREN: формула и таблица марок

Стойкость марки к питтингу сравнивают по индексу PREN (Pitting Resistance Equivalent Number). Его считают по химическому составу:

PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N
Коэффициент при азоте у разных авторов — 16, 22 или 30. Для сталей с вольфрамом молибден заменяют на (Mo + 0,5 W).

* Для 321 значение рассчитано по составу из ASTM A240, в справочных таблицах производителей его обычно не приводят. Остальные значения — из технических листов Outokumpu, Atlas Steels и Alleima.

PREN удобен для сравнения марок внутри одного класса, но это не абсолютный критерий: итоговую стойкость определяют также отделка поверхности, наличие щелей, температура и режим эксплуатации.

Критическая температура питтинга (CPT)

CPT — самая низкая температура, при которой питтинг появляется в стандартном растворе хлоридов. По ASTM G150 образец испытывают в 1 М растворе NaCl, по ASTM G48 метод E — в растворе хлорида железа. Выше CPT риск питтинга резко возрастает.

Значения сильно зависят от метода, раствора и отделки образца, поэтому в разных источниках они расходятся — приводим диапазоны. Для дуплекса 2205 исследования дают от 40 до 60 °C с лишним в зависимости от методики; IMOA оценивает его стойкость как значительно более высокую, чем у 316L.

Щелевая коррозия начинается при температуре заметно ниже CPT: у 904L при CPT около 62 °C критическая температура щелевой коррозии — около 10 °C. Поэтому щели, прокладки и застойные зоны опаснее открытой поверхности.

Какую марку выбрать под среду

Ориентиры по хлоридам — из рекомендаций Nickel Institute и IMOA для нейтральной воды. Для ответственных узлов марку подбирают по таблицам коррозионной стойкости для конкретной концентрации, температуры и pH.

Как предотвратить питтинг

1. Выбирать марку с запасом по PREN под хлориды и температуру, а не по цене.
2. Избегать щелей и застойных зон: сплошные сварные швы вместо нахлёстов, дренаж, отсутствие карманов, где скапливается вода.
3. Держать поверхность гладкой и чистой: гладкая отделка меньше удерживает хлориды и отложения.
4. Не допускать загрязнения железом: отдельный инструмент и абразив для нержавейки, хранение отдельно от чёрного металла.
5. Зачищать и пассивировать сварные швы: побежалость и окалина снижают стойкость к питтингу.