Нержавіюча та вуглецева сталь не можуть бути використані в безпосередньому контакті, що є вирішальним принципом у матеріалознавстві та інженерній практиці. Головним чином через виникнення «гальванічної корозії», яку також зазвичай називають «гальванічною корозією» або «гетерогенною корозією металу». Це як шматок вуглецевої сталі жертвує собою, щоб захистити нержавіючу сталь, що призводить до швидкої іржавіння вуглецевої сталі.
Нержавіюча сталь не може збігатися з серцевиною з вуглецевої сталі, причина: гальванічна корозія
1. Різниця потенціалів є рушійною силою
Різні метали мають різну електрохімічну активність в електролітах (таких як вода, вологе повітря, кислоти, основи, солі тощо), що можна розуміти як різний ступінь втрати ними електронів. Ця різниця в активності вимірюється електродним потенціалом.
Реактивні метали, такі як вуглецева сталь, мають нижчі електродні потенціали та більш схильні до втрати електронів, що робить їх менш стійкими до корозії.
Інертні метали (такі як нержавіюча сталь) мають вищі електродні потенціали та менш схильні до втрати електронів. Причина, чому нержавіюча сталь називається «нержавіючою», полягає в тому, що хром на її поверхні утворює щільну пасиваційну плівку оксиду хрому, яка запобігає подальшій корозії.
Коли ці два метали вступають у безпосередній контакт в електроліті, утворюється повний первинний ланцюг акумулятора.
2. Процес корозії
Анод (кородований кінець): Вуглецева сталь, як активний метал, стає анодом акумулятора. Вона активно розчиняється (кородує) та вивільняє електрони. Реакція така: Fe → Fe² ⁺+2e⁻
Катод (захищений кінець): Нержавіюча сталь, як інертний метал, стає катодом акумулятора. Вона не кородує, а лише приймає електрони, що течуть від анода, і використовує ці електрони для реакції з електролітами (такими як кисень у воді). Реакція така: O ₂+2H ₂ O+4e ⁻ → 4OH ⁻
Результат: У цій акумуляторній системі струм протікає від вуглецевої сталі (анод) до нержавіючої сталі (катод), що призводить до різкого збільшення швидкості корозії вуглецевої сталі, тоді як нержавіюча сталь захищена «катодним захистом» і майже не кородує.
Яскрава метафора:
Це як мати «чесну людину» (вуглецева сталь) та «розумну людину» (нержавіючу сталь), які об’єдналися для ведення бізнесу. Зіткнувшись із труднощами (корозійне середовище), чесні люди постійно жертвуватимуть власними інтересами (корозією), щоб розумні люди не постраждали.
Нержавіюча сталь не може зрівнятися з ключовими факторами впливу вуглецевої сталі
Ступінь гальванічної корозії залежить від таких факторів:
Навколишнє середовище (електроліт):Це найважливіший фактор. У сухому повітрі гальванічна корозія не відбувається, оскільки немає електроліту, який утворює електричне коло. Але у вологому середовищі, морській воді, промислових зонах та середовищі соляного туману корозія може бути дуже швидкою та сильною.
Різниця потенціалів:Чим більша різниця потенціалів між двома металами, тим сильніша рушійна сила корозії. Різниця потенціалів між вуглецевою сталлю та нержавіючою сталлю достатньо велика, щоб спричинити значну корозію.
Співвідношення площі анода до площі катода:Це одна з найнебезпечніших ситуацій. Якщо площа катода (нержавіюча сталь) велика, а площа анода (вуглецева сталь) мала, струм корозії буде сильно зосереджений на тонкій вуглецевій сталі, що призведе до її повної корозії та перфорації за дуже короткий проміжок часу. Наприклад, якщо резервуар з нержавіючої сталі закріплений болтом з вуглецевої сталі, болт з вуглецевої сталі швидко заіржавіє та зламається.
Як запобігти та вирішити проблему з'єднання нержавіючої сталі з вуглецевою сталлю?
На практиці нам часто потрібно з'єднувати нержавіючу та вуглецеву сталь разом, і необхідно вживати ізоляційних заходів:
1. Електрична ізоляція:Це найефективніший і найпоширеніший метод. Додайте непровідний ізоляційний матеріал між двома металами, щоб відключити струмове коло.
- Використовуйте ізоляційні прокладки/шайби: Використовуйте пластикові (наприклад, ПВХ, нейлон), гумові або синтетичні прокладки на фланцевих з'єднаннях.
- Використовуйте ізольовані втулки та шайби: у болтових з'єднаннях використовуйте пластикові втулки між болтами та отворами з вуглецевої сталі, а під гайками – ізольовані шайби.
- Ізоляційний шар покриття: розпилюйте епоксидну смолу, фарбуйте або використовуйте інші покриття на контактній поверхні. Зазвичай рекомендується покривати обидві або принаймні катодну (нержавіюча сталь) поверхню, оскільки якщо покривати лише анод (вуглецева сталь), то після пошкодження покриття корозія на пошкодженій ділянці стане сильнішою.
2. Контрольне середовище:Тримайте деталі з'єднань якомога сухішими та чистішими, щоб уникнути накопичення електроліту.
3. Використання перехідних матеріалів:додавання металу з електродним потенціалом між двома металами (наприклад, алюмінію), але цей метод використовується рідше та вимагає ретельного проектування.
4. Катодний захист:Вся структура штучно перетворюється на катод шляхом подачі зовнішнього струму або видалення анода (наприклад, цинкового блоку), але зазвичай це використовується для великих конструкцій, таких як кораблі та трубопроводи.
Висновок
Нержавіюча та вуглецева сталь не можуть безпосередньо контактувати, оскільки вони можуть утворювати первинні батареї у вологому електролітному середовищі, що призводить до прискореної гальванічної корозії вуглецевої сталі як анода. Щоб уникнути цієї ситуації, під час проектування та монтажу необхідно вжити заходів щодо електроізоляції, таких як використання ізоляційних прокладок, втулок та покриттів, щоб забезпечити безпеку та довгостроковий термін служби обладнання.
Час публікації: 29 жовтня 2025 р.