ステンレス鋼の錆を実行します?

1. 導入

ステンレス鋼の錆を実行します? その名前にもかかわらず, ステンレス鋼は、錆びに類似した局所的な腐食の下で、特定の条件下で行うことができます.

この質問は、エンジニアリングで材料を指定する人にかなりの重みを持っています, 工事, または消費者製品: 長期的な外観, 構造的完全性, ステンレス鋼のコンポーネントのメンテナンス要件は、その有名な腐食抵抗がいつ、なぜ失敗するかを理解することにすべてのヒンジが失敗する可能性があります.

次のセクション, ステンレス鋼の保護クロムリッチ層の背後にある科学を探索します, 環境トリガーはそれを破ることができます, 不要な腐食を防ぐための実用的な戦略.

2. ステンレス鋼とは何ですか?

ステンレス鋼 aです 腐食耐性合金 主に構成されています 鉄 (fe), クロム (cr), そして 炭素 (c), のようなオプションの合金要素とともに ニッケル (で), モリブデン (MO), そして 窒素 (n).

錆や染色に対するそのユニークな抵抗は、通常の炭素鋼とは一線を画します。これは主に1つの重要なコンポーネントによるものです: クロム.

クロムの役割: 目に見えないシールド

ステンレス鋼の「ステンレス」を作るのは何ですか 少なくとも 10.5% クロム含有量. このクロムは環境で酸素と反応して、 薄い, 安定した酸化物層 鋼の表面に.

として知られています パッシブレイヤー, それは自己修復であり、水分と空気の障壁として機能します。錆の形成のための重要な成分の2つ.

それを透明と考えてください, 下にある金属を保護する弾力性のある皮膚.

塗料やコーティングとは異なります, この受動的なフィルムは、損傷した場合にそれ自体を更新します - 提供された酸素が存在する - 厳しい環境で信じられないほど価値のあるステンレス鋼を作る.

一般的なステンレス鋼合金要素

クロムを超えて, 特定の用途向けにステンレス鋼の特性を微調整するために他のいくつかの要素を追加できます:

ステンレス鋼ファミリー

ステンレス鋼の5つの主要な家族がいます, それぞれが微細構造によって定義されています:

• オーステナイト (例えば。, 304, 316): 最も一般的です; 高い腐食抵抗; 非磁性.
• フェライト (例えば。, 430): 磁気, 低コスト, 耐性耐性が少ない.
• マルテンサイト (例えば。, 410, 420): ハードで強い; カトラリーで使用されます; 中程度の腐食抵抗.
• 二重 (例えば。, 2205): オーステナイト構造とフェライト構造を組み合わせます; 優れた強度と塩化物耐性.
• 降水硬化 (例えば。, 17-4ph): 中程度の腐食抵抗を伴う高強度; 航空宇宙で使用されます.

3. 錆の原因?

ステンレス鋼が錆びるかどうかを理解するため, 最初に定義することが重要です 錆は何ですか そして、どの条件下で形成されます.

錆とは何ですか?

さび 特定のタイプの腐食は、いつ発生するかです 鉄 (fe) と反応します 酸素 (o₂) そして 水分 (h₂o) 環境で形成されます 酸化鉄-通常 Fe₂o₃・nho, 赤みがかった茶色のフレーク状の物質.

この反応は電気化学的であり、金属の構造的完全性の分解をもたらします.

さびは表面の染みではなく、アクティブです, 金属に食べる腐食の進行性, 時間の経過とともに弱体化します.

錆を引き起こす条件

錆が必要です 3つの重要な成分:

1. 鉄 (または鋼のような鉄を含む合金)
2. 酸素 (空気または水から)
3. 水または水分 (電解質として機能します)

これらの要素が一緒に存在するとき, 電気化学セルフォーム:

• 陽極領域: 鉄は電子を失います (酸化), 鉄イオンの形成.
• 陰極地域: 酸素と水はこれらの電子を受け入れて水酸化物イオンを形成します.
• イオンは結合して形成されます 鉄水酸化鉄, 最終的に酸化して錆びます.

腐食と錆: 彼らは同じですか?

まったくありません. さびはです 形状 腐食の, すべての腐食が錆びているわけではありません.

例えば, アルミニウムは白い酸化物を形成します, 銅は緑の緑青を形成します, そして ステンレス鋼は、黒または茶色の酸化物パッチを形成します - 腐食のすべて, しかし、厳格な意味では「錆」ではありません.

4. ステンレス鋼の錆があります?

その評判にもかかわらず, ステンレス鋼は確かに錆びます - しかし、特定の環境または機械的条件下でのみ.

これは重要な区別です: ステンレス鋼はです 耐性耐性, ない 腐食防止.

ステンレス鋼が錆に抵抗する理由

ステンレス鋼の腐食抵抗はその耐性に由来します 高いクロム含有量 (10.5％以上), これにより、aの形成が可能になります 受動的な酸化クロム (cr₂o₃) 膜. この映画はです:

• 顕微鏡的に薄い, しかし、非常に保護的です
• 接着と自己癒し 酸素の存在下で
• 酸素や水分が下の鋼に届かないようにすることができる

このパッシブ層は、ステンレス鋼と炭素鋼を区別します, どのフォーム 多孔質, フレーク状の酸化鉄 (さび) これにより、腐食が伝播できます.

しかし, この受動的なフィルムは破壊できません. それは可能です 混乱した, 化学的に攻撃されました, または物理的に削除されました, 特に積極的または不十分に制御されている条件下.

ステンレス鋼の錆がいつ、なぜ

ステンレス鋼の錆 その受動層が損傷し、改革が許可されていないとき. これはいくつかの状況で発生する可能性があります:

塩化物暴露 (例えば。, 塩水, 漂白剤):

• 塩化物イオンは受動層に浸透し、開始します ピット腐食.
• のような成績でさえ 304 ただの環境でピットすることができます 30 塩化物のppm.

酸素不足:

• で 隙間 または、酸素が到達できない堆積物の下, 受動層は再生できません.
• これはにつながります 隙間腐食 - 海洋および産業環境の共通.

鉄粒子による汚染:

• との連絡先 炭素鋼工具, 粉砕ほこり, または鉄粒子は腐食部位を導入できます.
• これらの異物の粒子は錆びます, ステンレス鋼の表面を染色します.

酸性または産業環境:

• 硫黄のような酸, 塩酸, または硝酸は受動的な膜を溶解することができます.
• 高温と汚染物質は、この故障を加速します.

機械的ストレスまたは熱治療:

• 溶接や冷静な作業が引き起こされる可能性があります 感作 (穀物境界の炭化クロム).
• これにより、耐性が減少し、につながります 顆粒間腐食.

ステンレス鋼の錆びの実世界の例

• キッチンアプライアンス: 塩と熱による流し台または食器洗い機の近くのさび斑点.
• 海洋手すり: 304 海辺の設置でのステンレス腐食; 316 運賃が良くなります.
• 溶接パイプ: 熱の影響を受けたゾーンが適切に動揺していない溶接継ぎ目での錆.
• 建築パネル: 空中塩によって引き起こされる錆の縞または非ステンレスファスナーとの接触.

5. ステンレス鋼の腐食の種類

ステンレス鋼は腐食に抵抗するように設計されていますが, 免疫はありません. その感受性は環境への曝露に依存します, 合金組成, デザインジオメトリ, および表面仕上げ.

ステンレス鋼は苦しむ可能性があります ローカライズ, ガルバニック, ストレス誘発腐食 - それはユニークなメカニズムを備えています, 結果, および予防戦略.

ピット腐食

金属表面に浸透する局所攻撃

• 原因: 塩化物イオン (cl⁻), 塩水で一般的に見つかりました, 漂白剤, および脱氷エージェント, 受動的なクロム酸化物層を局所的に分解できます.
• 外観: 小さい, 表面の深い空洞または「ピット」.
• 結果: 金属損失を最小限に抑えて、急速な穿孔につながる可能性があります, 多くの場合、失敗するまで検出されません.
• で共通: 304 海洋またはプールサイドの環境で使用されるステンレス鋼.

隙間腐食

停滞した電解質によるシールドされた領域の腐食

• 原因: 酸素がパッシブフィルムを補充できないタイトなギャップで発生します。ガスケットの下など, ワッシャー, ラップジョイント, または表面堆積物.
• 機構: 酸素の飢vは、拡散曝気細胞を引き起こします; 閉じ込められた領域は陽極になり、急速に腐食します.
• 外観: 隙間の下の腐食, 多くの場合、外部から見えません.
• で共通: 海水アプリケーション, フランジ付きジョイント, または複雑な幾何学を備えた機器.

ガルバニック腐食

接触中の異なる金属間の電気化学反応

• 原因: ステンレス鋼が電解質の存在下で多かれ少なかれ高貴な金属に電気的に接続されている場合 (例えば。, 水), 1つの金属が優先的に腐食します.
• 例: アルミニウムフレームと接触しているステンレス鋼ボルトは、アルミニウムを腐食させる可能性があります.
• 重大度: ガルバニックシリーズの金属の相対位置と、アノードのカソードのサイズ比に依存します.

ストレス腐食亀裂 (SCC)

突然, 腐食性環境での引張応力下での脆性破損

• 原因: 引張応力の組み合わせ (残留または適用), 特定の環境条件 (多くの場合、塩化物が豊富です), および感受性微細構造.
• 外観: 時間の経過とともに伝播する顕微鏡亀裂, 壊滅的な失敗につながります.
• で共通: 304/304lホットのストレスの下でのオーステナイトステンレス鋼, 湿気が多い, または塩化物が豊富な状態.
• 影響を受ける産業: 化学処理, 核, 食品装備, および水処理プラント.

顆粒間腐食 (IGC)

穀物の境界に沿った選択的攻撃

• 原因: 感作による穀物境界でのクロム枯渇 (450〜850°Cの範囲での加熱), 多くの場合、溶接または不適切な熱処理中.
• 機構: クロムは炭素と結合して炭化クロムを形成します, 粒界近くの耐食性の減少.
• 結果: 金属はそのままに見えるかもしれませんが、構造的に弱くなります.
• 防止: 304L/316Lのような低炭素グレードまたは安定したグレードの使用 321 (安定化) そして 347 (NB安定化).

6. 耐食性に影響する要因

• 合金組成: より高いCr (20以上 %), MO (≥2 %), Ni含有量は耐性を高めます.
• 表面仕上げ: 磨かれたまたは電気塗装された表面は、ラフまたはピクルスの仕上げよりも攻撃に抵抗します.
• 環境:

• • 塩化物 (海水, 塩分を除去します) 最も攻撃的です.
  • 酸 および産業汚染物質 (そうです, いいえ) 受動的なフィルムを侵食できます.

• 機械的ストレス & 製造: 曲げ, 溶接, 加工は、引張応力と感作ゾーンをもたらす可能性があります.

7. ステンレス鋼のグレードとその腐食抵抗

ステンレス鋼には、幅広いグレードがあります, それぞれが特定の合金要素と微細構造で設計されています

ターゲット環境に最適化された腐食抵抗と機械的特性を提供する.

適切なグレードを選択することは、寿命を確保するために重要です, 安全性, および費用対効果.

グレードごとの耐食性の概要

8. 錆のメンテナンスと予防

ステンレス鋼の寿命とパフォーマンスを最大化する方法

耐食性に対する評判にもかかわらず, ステンレス鋼は錆に対して完全に免疫がありません - 特に過酷な環境では.

適切な選択, 取り扱い, メンテナンスの実践は、その完全性を維持するために不可欠です, 外観, とパフォーマンス.

適切なグレード選択

さびを防ぐ最も効果的な方法の1つは、意図した環境に適切なステンレス鋼グレードを選択することです.

• 304 屋内には十分です, ドライ, および低塩化物の用途.
• 316 または デュプレックスグレード 海洋に推奨されます, 産業, または、塩化物や水分曝露が高い化学環境.
• 高等グレード のように 904l 非常に腐食性のメディアに最適です, 硫酸や海水など.

耐性を高めるための表面処理

ステンレス鋼は、そのパッシブ層に依存しています - 薄い, クロムが豊富な酸化膜 - 腐食保護のため. この層を強化または復元すると、錆のリスクを大幅に減らすことができます.

• 危険性: 化学処理 (多くの場合、硝酸またはクエン酸ベース) それは自由鉄を除去し、クロム酸化物膜の成長を促進します.
• エレクトロポリッシング: 表面を滑らかにし、顕微鏡的にレベルアップします, 局所腐食を促進する隙間の形成と汚染物質の減少.
• 漬物: 溶接および高熱処理中に形成された熱色の酸化物層またはスケールを除去する.

定期的な清掃と環境管理

最高の成績でさえ、汚染されたり、維持されていない場合に腐食する可能性があります.

塩化物などの環境汚染物質, 硫酸塩, そして、鉄粒子は時間の経過とともに腐食を開始できます.

メンテナンスのヒント:

• 定期的に表面をきれいにします 軽度の洗剤 そして 温水.
• 使用しないでください スチールウールまたは炭素鋼ブラシ, 鉄の堆積物を残すことができます.
• 使用 柔らかい布またはプラスチック製の洗浄パッド.
• 徹底的にすすぎます, 特にソルトウォーターとの接触後, 酸, または化学物質の洗浄.
• 産業環境で, インストール 保護障壁 または 除湿機 必要に応じて.

製造とインストールのベストプラクティス

切断中の取り扱いが悪い, 溶接, または設置は、保護酸化物層を損傷したり、汚染物質を導入したりする可能性があります.

• 使用 専用のステンレス鋼ツール 炭素鋼との相互汚染を避けるため.
• 溶接後, 適用する 溶接後のクリーニング そして 危険性 スケールを削除して色合いを加熱する.
• 避ける 鋭い角と隙間 湿気を最小限に抑えるための設計.
• 防ぐ ガルバニックカップリング 適切に断熱されない限り、異なる金属を使用します.

9. ステンレス鋼の錆についての一般的な神話

「ステンレス鋼は決して錆びません?」

この記事全体で説明したように, ステンレス鋼は錆びを免れません.

炭素鋼と比較して優れた腐食抵抗を提供しますが, 特定の条件は、受動層の故障を引き起こし、錆の形成を開始する可能性があります.

「すべてのステンレス鋼は同じです?」

ステンレス鋼のグレードが多数あります, それぞれ異なる合金組成と特性を持つ.

腐食抵抗, 強さ, その他の特性は、グレード間で大きく異なります. アプリケーションのために間違ったグレードを選択すると、早期腐食と障害につながる可能性があります.

「ステンレス鋼にはメンテナンスがありません?」

ステンレス鋼では、耐食性を維持するために定期的なメンテナンスが必要です.

クリーニング, 過酷な環境からの保護, そして, 場合によっては, 汚染物質の蓄積を防ぎ、受動層の完全性を確保するために表面処理が必要です.

10. 結論

結論は, ステンレス鋼は、優れた腐食耐性特性を持つ驚くべき材料です, しかし、錆びることは不浸透性ではありません.

ステンレス鋼のユニークな組成, 特にパッシブ層の形成におけるクロムの役割, 腐食に対する固有の抵抗を提供します.

しかし, さまざまな要因, 塩化物への曝露を含む, 酸, 機械的ストレス, および不適切なメンテナンス, この抵抗を妥協し、錆びにつながる可能性があります.

ステンレス鋼に影響を与える可能性のあるさまざまな種類の腐食を理解する, 耐食性に影響する要因,

そして、適切なメンテナンスと予防の尺度は、ステンレス鋼製品と構造の寿命と性能を最大化するために不可欠です.

一般的な神話を払拭し、物質的な選択について情報に基づいた決定を下すことによって, 表面処理, およびメンテナンス,

ステンレス鋼が幅広い用途で信頼性の高い耐久性のある材料であり続けることができます.

 

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