Почему нельзя использовать нержавеющий и углеродистый крепёж в одном соединении

Контакт крепежа из аустенитной нержавеющей стали (A2, A4 по ГОСТ ISO 3506-2014) с метизами из углеродистой стали приводит к контактной (гальванической) коррозии. Разница электродных потенциалов между сплавами запускает электрохимическое разрушение менее благородного металла. ГОСТ 9.005–72 прямо запрещает такой контакт как в атмосферных условиях, так и в морской среде.

Почему возникает контактная коррозия

В нержавеющих сталях аустенитного класса по ГОСТ ISO 3506-2014 содержание легирующих элементов составляет около 30%. Основные из них: хром (Cr ≥ 15%) и никель (Ni ≥ 8%). Стали марки А4 дополнительно легируют молибденом в пределах 2–3%.

Такое содержание легирующих элементов обуславливает заметную разницу электродных потенциалов между углеродистыми сталями и коррозионно-стойкими аустенитными сплавами.

В зависимости от активности электролита при контакте двух металлов с разными потенциалами растут риски возникновения контактной коррозии. Согласно ГОСТ 5272-68, контактная коррозия — это электрохимическая коррозия, вызванная контактом металлов, имеющих разные стационарные потенциалы в данном электролите.

Механизм разрушения

При контакте двух электрохимически разнородных металлов анодом выступает тот, потенциал которого более отрицательный. Катодом — металл с более положительным потенциалом. При возникновении контактной коррозии коррозионному разрушению подвергается анод.

Скорость растворения анода зависит в первую очередь от разности потенциалов между сплавами. Особенную опасность при этом представляет близость морского побережья и промышленных предприятий.

С одной стороны может показаться, что разница потенциалов между разными сталями не такая значительная, как, например, у стали с алюминием.

Ряд электрохимических потенциалов металлов — сравнение углеродистой и нержавеющей стали

Однако разница потенциалов между углеродистой сталью и нержавеющими аустенитными сплавами существует и достаточна для запуска коррозионных процессов:

Таблица электродных потенциалов металлов и сплавов

Источник данных: Томашов Н.Д., Чернова Г.П. «Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы.» М.: Металлургия, 1986.

Практические примеры: обращения в технический отдел BEST-Крепёж

Научные исследования коррозионной стойкости крепёжных узлов, состоящих из аустенитной нержавеющей стали и углеродистой стали, в открытых источниках не обнаружены. Однако возникновение контактной коррозии между ними подтверждается частыми обращениями в технический отдел BEST-Крепёж.

Следы коррозии на тросе из стали А2

Следы коррозии на тросе из нержавеющей стали А2 — посторонняя ржавчина от стальных карабинов

Среда эксплуатации: атмосферные условия вблизи морского залива.

Причина: посторонняя ржавчина. На поверхности троса из стали А2 образовалась ржавчина вследствие коррозии микрочастиц углеродистой оцинкованной стали, попадающих на трос при перемещении по нему стальных карабинов.

Рекомендации: воспользоваться средством для полировки нержавеющих сталей для удаления образовавшейся ржавчины с поверхности троса. Для этих целей можно применить раствор окисляющих кислот, в частности 20% HNO3.

Следы коррозии на головках болтов из стали А2

Следы коррозии на головках болтов из нержавеющей стали А2 — посторонняя ржавчина от монтажного инструмента

Среда эксплуатации: атмосферные условия вблизи морского залива.

Причина: посторонняя ржавчина. Следы коррозии находятся в верхнем левом углу каждой грани головки болта — это место контакта биты монтажного инструмента с головкой болта. Такие биты массово производят из обычной углеродистой стали.

Ржавчина на нержавеющем крепеже в данном случае — коррозия микрочастиц углеродистой стали от монтажного инструмента.

Рекомендации: воспользоваться средством для полировки нержавеющих сталей для удаления образовавшейся ржавчины с поверхности головки болта. Для этих целей можно применить раствор окисляющих кислот, в частности 20% HNO3.

Следы коррозии на гайках из стали А4

Следы коррозии на гайках из нержавеющей стали А4 — посторонняя ржавчина от монтажного инструмента

Среда эксплуатации: атмосферные условия вблизи морского залива.

Причина: посторонняя ржавчина — коррозия микрочастиц углеродистой стали от монтажного инструмента, аналогично предыдущему примеру.

Рекомендации: воспользоваться средством для полировки нержавеющих сталей для удаления образовавшейся ржавчины с поверхности гаек. Для этих целей можно применить раствор окисляющих кислот, в частности 20% HNO3.

Чем опасна посторонняя ржавчина на нержавеющем крепеже

Во всех перечисленных примерах микрочастицы углеродистой стали быстро корродируют из-за своего малого объёма. В результате на поверхности нержавеющих метизов проявляются характерные рыжие пятна ржавчины.

При кажущейся простоте решения проблемы — «обработал раствором и готово» — остаются риски усугубления ситуации. Если своевременно не удалить постороннюю ржавчину с поверхности коррозионно-стойкой стали, возникает риск точечной коррозии самого метиза.

Требования ГОСТ 9.005–72

ГОСТ 9.005–72 исключает контакт между метизами из хромоникелевых аустенитных сплавов и углеродистыми сталями как в атмосферных условиях, так и в морской среде.

Таблица допустимых контактов металлов по ГОСТ 9.005–72 — атмосферные условия

Таблица допустимых контактов металлов по ГОСТ 9.005–72 — морская среда

Инженеры технического отдела BEST-Крепёж присоединяются к требованиям данного стандарта с учётом накопленного практического опыта.

Частые вопросы

Что такое контактная коррозия крепежа?

Контактная (гальваническая) коррозия — это электрохимическое разрушение, возникающее при контакте металлов с разными электродными потенциалами в присутствии электролита. Согласно ГОСТ 5272-68, разрушению подвергается металл с более отрицательным потенциалом (анод). Скорость процесса зависит от разности потенциалов и агрессивности среды.

Можно ли крепить нержавеющий болт углеродистой гайкой?

Нет. ГОСТ 9.005–72 запрещает контакт метизов из хромоникелевых аустенитных сплавов (A2, A4) с углеродистой сталью. Даже при атмосферной эксплуатации разница потенциалов приводит к коррозии углеродистого элемента и загрязнению нержавеющей поверхности продуктами коррозии.

Почему на нержавеющем крепеже появляется ржавчина после монтажа?

В большинстве случаев это посторонняя ржавчина — коррозия микрочастиц углеродистой стали, оставленных монтажным инструментом (битами, ключами). Частицы имеют малый объём и корродируют быстро, оставляя характерные рыжие пятна. Если ржавчину не удалить, она может спровоцировать точечную коррозию самого нержавеющего метиза.

Как удалить следы ржавчины с нержавеющего крепежа?

Для удаления посторонней ржавчины с поверхности нержавеющей стали применяют средства для полировки нержавеющих сталей или растворы окисляющих кислот, в частности 20% раствор азотной кислоты (HNO3). Важно удалять ржавчину своевременно, до начала точечной коррозии основного металла.

Какой инструмент использовать при монтаже нержавеющего крепежа?

При монтаже нержавеющего крепежа рекомендуется использовать инструмент из нержавеющей стали или с покрытием, исключающим перенос частиц углеродистой стали на поверхность метиза. Стандартные биты из углеродистой стали оставляют микрочастицы, которые быстро корродируют и загрязняют поверхность нержавеющего крепежа.