Некто жалуется на растрескивание трубки из нержавейки в не очень грязной воде. Трубку меняют, она опять растрескивается! Что ему делать? Нержавеющая сталь, это сталь с неким «сверхпороговым» количеством содержащегося в сплаве хрома. Добавка хрома к железу вначале ничего существенного для коррозионной стойкости не даёт, не если его больше примерно 12 процентов, то металл перестаёт ржаветь в обычных условиях. Понятно, что стали это многокомпонентные сплавы и кроме хрома в них есть другие химические элементы, например, никель и углерод.
Эти химические элементы играют важную роль в свойствах таких сталей, поэтому мы на них и остановимся!
Углерод, понятно, увеличивает твёрдость и прочность сталей. Поэтому нержавеющие ножи и ножницы делают из сплава, где есть и хром и углерод. Поскольку хром может с углеродом образовать карбиды, то его вводят несколько больше, чтобы не снизить концентрацию растворённого в железе хрома ниже предельной, делающей его нержавеющим. Роли разделены, растворённый в железе хром делает сплав нержавеющим, а связанный в мелкодисперсные карбиды, упрочняет его. И всё получается отлично! На кухне у нас появляются долговечные ножи ясно-белого цвета, острота их не такая, как у ножей из углеродистой стали, но приемлемая! Эти ножи притягиваются магнитом. Это свойство присуще сплавам железа с низкотемпературной модификацией кристаллической структуры, мартенситом.
А вот для технических целей и для нержавеющих кастрюль часто нужен прочный, но пластичный нержавеющий металл, да ещё чтобы глубокий холод его не охрупчивал, и в сплав приходится добавлять довольно дорогой никель! Тогда сплав, после закалки, не переходит в низкотемпературную, и магнитную мартенситную структуру, оставаясь пластичным аустенитом. А вот углероду это не нравится! Он плохо растворяется в железо-никелевом сплаве и куда ему деваться? Да переходить в карбид хрома! Но раз так, то сплав хромом обедняется, это может иметь плохие последствия. Углерод при охлаждении быстренько диффундирует к границам зёрен металла, забирает на себя часть хрома, а хром так быстро диффундировать не может, и границы зёрен металла, обеднённые хромом, становятся «ржавеющими». Это имеет катастрофические последствия! Сплошная пространственная сетка ржавеющего металла во влажной среде, да на контакте с нержавейкой быстро разрушается, металл становится хрупким, трубки ломаются, как спички, лист металла можно пальцами пробить!
А ведь кроме «межкристаллитного», есть ещё и «транскристаллитное растрескивание под нагрузкой», поэтому «нержавейка», при неправильной термообработке может очень даже стать «ржавейкой» и привести к авариям.
Поэтому нержавейку аустенитного класса тщательно чистят от углерода, добавляют титан и ниобий, которые связывают остаточный углерод в свои прочные карбиды, нагревают до тысячи градусов и закаливают в воде, чтобы карбиды хрома просто не успели выделиться! Но все эти меры могут оказаться напрасными, если нержавейку подвергнуть электросварке или подобным воздействиям.
Была у меня канистра самодельная, для вина делали, я её месяц с водой продержал, и она стала течь, как решето. Но сухую кукурузу она ещё держит!
Купил нержавеющий ТЭН, проработал он недолго, перегорел и я его руками поломал, как сухую ветку. Купил из чёрного металла, работал долго, вывел из эксплуатации совсем по другим причинам! Вот так простое железо работает иногда лучше нержавеющей стали!
Подобное коррозионное растрескивание, «коррозия под нагрузкой» характерна и для некоторых составов латуни. Отштампованные из листа детали, долго находившиеся в сырости, тоже трескались и видел это я неоднократно!
Это касается конструкционных металлов. Но некоторые сплавы редкоземельных металлов самостоятельно на воздухе превращаются в порошок. Эта экзотика, конечно, простым пользователям не вредит, но в электровакуумном или в других высокотехнологических производствах может быть существенной.
Интересующиеся могут скачать по поисковику книгу Гуляева «Металловедение» и прочитать об этом самостоятельно!
Бондаренко Ю. Н. пос. Маяки, сентябрь, 2023 г.