Стойкость металлов к серной кислоте

Обновлено: 02.05.2024

Коррозия металла в кислотах – это его разрушение при взаимодействии с концентрированными или разведенными кислотами. Часто такие разрушения встречаются на химических производствах и других сферах деятельности человека. Слабые кислотные растворы могут создавать даже некоторые продукты питания, и непокрытый металл, соприкасающийся с ними, будет коррозировать. То, как себя поведет металлический предмет при контакте с кислотой, зависит от его способности пассивироваться. Процесс коррозии металлов в кислотах проходит с выделением водорода.

Рассмотрим более подробно случаи коррозии металла в кислотах разного происхождения.

Коррозия металлов в соляной кислоте

Соляная кислота является очень агрессивной по отношению к металлам. В большей степени это обуславливается содержанием в ней ионов Cl - . Даже коррозионно-стойкие стали подвергаются разрушению, когда концентрация кислоты выше среднего. Если же раствор достаточно сильно разбавлен, такие стали коррозии не подвергаются.

Коррозия никеля в серной кислоте не протекает даже в случаях, когда достигается температура кипения. В присутствии трехвалентного железа, хлоридов, других окислителей никель и его сплавы начинают разрушаться.

Низколегированная аустенитная сталь при комнатной температуре и концентрации соляной кислоты в 0,2 – 1% подвергается коррозии со скоростью 24 г/(м 2 •сут).

Коррозия металлов в органических кислотах

Самой сильной среди органических кислот является уксусная. В яблочной, бензойной, пикриновой, олеиновой, винной, стеариновой кислотах даже при больших температурах (выше 100°С) коррозионно-стойкие стали отличаются высокой устойчивостью. При контакте металлов с муравьиной кислотой образуются питтинги (особенно при увеличении температуры). Глубина их даже больше, чем в уксусной кислоте.

В органических кислотах высокой устойчивостью обладает алюминий, т.к. на его поверхности присутствует защитная пленка труднорастворимых окислов.

Щавелевая, себациновая, лимонная и молочная кислоты вызывают коррозию сталей только при больших концентрациях. В них устойчивы хромистые стали с добавками молибдена.

Коррозия металлов в азотной кислоте

Азотная кислота обладает агрессивным воздействием по отношению ко многим металлам. Малоуглеродистые стали не обладают достаточной устойчивостью в растворах азотной кислоты. Кроме того, при повышении концентрации HNO3 до 35 – 40% (при данных концентрациях сталь переходит в пассивное состояние) коррозия малоуглеродистых сталей в азотной кислоте увеличивается. При концентрации азотной кислоты близкой к 100% пассивное состояние нарушается. Азотная кислота является окислителем. При коррозии железа катодными деполяризаторами являются молекулы азотной кислоты и нитрат-ионы. Устойчивость в азотной кислоте хромистых сталей повышается, если в их состав вводить никель и молибден. Коррозионное разрушение сталей в азотной кислоте происходит по границам зерен. На алюминий слабое влияние оказывают пары азотной кислоты или растворы с концентрацией более 80%. При нормальной температуре алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью в азотной кислоте. Скорость коррозии алюминия в азотной кислоте возрастает при постоянном перемешивании и присутствии в растворе хлорид-ионов.

Коррозия металлов в серной кислоте

При концентрации серной кислоты около 50 – 55% поверхность железа переходит в пассивное состояние. Далее с повышением температуры и концентрации серной кислоты поверхность железа становится активной (наблюдается коррозия железа в серной кислоте).

В растворах серной кислоты, как и в других кислотах, на скорость коррозии железа большое влияние оказывает природа анионов. Это связано с торможением катодного и анодного процессов и их адсорбцией на поверхности металла.

Я.М. Колотыркин развил представления, что на анодное растворение железа оказывают влияние анионы. Это связано с образование комплекса:

Из вышеперечисленных уравнений понятно, что скорость анодного процесса возрастает с увеличением концентрации ионов HSO4 - и SO4 2- . С поверхности железа сульфат ионы вытесняются хлорид ионами, но до определенной концентрации ионов хлора, скорость протекания анодного процесса замедляется.

В 95 – 98% серной кислоте при нормальной температуре хорошей устойчивостью обладают хромистые стали (с содержанием хрома около 17%) с небольшой добавкой молибдена или без него. В таких условиях (при большой концентрации серной кислоты) стоек также алюминий и углеродистые стали. Чистый алюминий (99,5%) более устойчив в серной кислоте, чем его сплавы, в состав которых не входит медь. Скорость коррозии алюминия в серной кислоте (и его сплавов) при повышении температуры с 20°С до 98°С увеличивается с 8 до 24 г/(м 2 •сут). Коррозионно-стойкие стали в 5-ти или 20-% растворе при температуре кипения серной кислоты устойчивы только в присутствии ингибиторов коррозии.

При обычной температуре в серной кислоте коррозия меди практически не наблюдается. А при повышении температуры до 100°С процесс разрушения интенсифицируется. В 25% растворе серной кислоты, повышенном давлении и температуре близкой к 200°С медь быстро разрушается.

Латунь не обладает коррозионной стойкостью в растворах серной кислоты любых концентраций даже при комнатной температуре. Устойчивость латуней к разрушению в серной кислоте можно только повысить введением в раствор 30% соли CuSO4•5H2O.

Коррозия металлов в фосфорной кислоте

Наибольшей стойкостью к коррозии в фосфорной кислоте отличаются молибденовые стали. Алюминий и его сплавы (в состав которых не входит медь, магний) устойчивы в фосфорной кислоте. При обычной температуре не поддаются также разрушениям хромоникелевые аустенитные стали (в растворах фосфорной кислоты любой концентрации). В концентрированной технической фосфорной кислоте при температуре не выше 50°С стойки малоуглеродистые стали. Если сталь с 17% хрома поместить в раствор фосфорной кислоты, концентрацией от 1 до 10%, то она будет обладать высокой устойчивостью даже при температуре кипения.

Медь практически не подвергается коррозии в фосфорной кислоте при температуре от 20 до 95°С. Но если в систему вводить окислитель и повышать температуру – скорость коррозии меди в фосфорной кислоте значительно увеличивается. Бронзы и латуни в фосфорной кислоте ведут себя аналогично.

Коррозия металлов во фтористоводородной кислоте

Чугун, малоуглеродистая сталь и железо во фтористоводородной кислоте быстро разрушаются. В 10-% фтористоводородной кислоте при нормальной температуре обладают хорошей устойчивостью хромистые стали (с содержанием хрома 17%). В 20-% кислоте при температуре до 50°С устойчивы аустенитные высоколегированные стали. Латуни не разрушаются в 40-60-% фтористоводородной кислоте при 20°С. Магниевые сплавы устойчивы при температурах до 65°С в 45-% растворе.

Стойкость металлов к серной кислоте

Стандартная практика NACE SP0391 содержит подробную информацию о материалах конструкций, используемых для хранения и обработки концентрированной серной кислоты при комнатной температуре. Этот стандарт также касается некоторых инженерно-технических методов, обеспечивающих бесперебойную эксплуатацию.

В данной статье мы опишем поведение сталей при взаимодействии с концентрированной серной кислотой

Углеродистые стали

Холодная концентрированная серная кислота (H2SO4) оказывает лишь незначительное коррозионное воздействие на сталь и чугун из-за быстрого образования пленки сульфата железа (FeSO4). Однако даже умеренные скорости потока (> 0,6 м/с;> 2 фут/с) или утечка жидкости могут привести к удалению защитной пленки и началу коррозионного процесса. Разбавление также приводит к растворению FeSO4. Повышенные температуры выше 40° C (105° F), также разрушают пленку и становятся причиной образования коррозии. В случае возникновения любого из вышеперечисленных условий, сплавы с более высоким содержанием легирующих элементов заменяются. Кроме того, использование углеродистой стали может быть ограничено спецификацией железа в продукционной кислоте.

Чугун

Серый чугун устойчивее к более высоким скоростям (примерно до 1,8 м/с, 6 футов/с), чем сталь, благодаря эффекту запирания пластинок графита и образованию пленки сульфата железа. Магниевый чугун (кованый чугун) менее эффективен в данных условиях. Аустенитные виды чугуна с высоким содержанием никеля также не отличаются устойчивостью, однако 14% кремниевый чугун обладает превосходной стойкостью до 100% кислоты в точке кипения при скорости коррозии менее 0,12 мм/год (5 милов в год) в диапазоне концентраций. Стойкость высококремнистого чугуна обусловлена образованием пленки из двуокиси кремния, которая тем не менее уязвима перед свободным SO3.

Нержавеющая сталь

В горячей кислоте выше примерно 93% незащищенная марка стали 316 несколько менее устойчива в сравнении с 304 из-за легкости окисления молибденового компонента. В таблице 2 приведены типичные скорости коррозии в 99%-ной серной кислоте при температуре 105-115° C (220-240 ° F) в среде абсорбционной колонны. При скоростях потока 1,5 м/с (5 футов/с) и более скорость коррозии для макри 316 увеличивается более чем в 7 раз по сравнению с молибденовой маркой 304. Стандартный сплав 316, CF8M (S92900) подходит для изготовления отсекающих клапанов.

Высококремнистая аустенитная нержавеющая сталь UNS S30600, содержащая 4% Si, была первоначально разработана для использования в концентрированной азотной кислоте. В последующем для использования в концентрированной серной кислоте были созданы сплавы со следующим процентным содержанием элементов: 18% Cr, 16% Ni, 5-6% Si. Сплавы с номинальным содержанием 5% Si, такие как UNS S30601 и S32615 и сплав 6% Si UNS S38815, используются в горячей концентрированной кислоте. По свойствам они не уступают нержавеющей стали 300-й серии с анодной защитой, применяемой при изготовлении колонн, охладителей и трубопроводов.

Анодная защита от коррозии

Анодная защита эффективна для марок 304, 316 и других нержавеющих сталей. Она позволяет расширить температурный диапазон применения во всех растворах сильных кислот. Данная защита гарантирует стабильное, пассивное состоянии, устойчивость к коррозии при различных температурах и концентрациях кислоты. Требования к электротоку для применения анодной защиты возрастают с уменьшением концентрации кислоты или повышением ее температуры.

В лабораторных испытаниях скорость 0,75 мм/год (29 м/д) для свободной коррозии марки 316 в 93% кислоте (плюс 4 ч/млн железа и 800 ч/млн SO2) при 70° C (158° F) была снижена до менее 0,05 мм/год (2 милов в год) благодаря анодной защите. При 100° C (212° F) скорость коррозии снижается с 5 мм/год (200 м/д) до менее чем 0,05 мм/год (2 милов в год). Трубчатые охладители и термочехлы из марки 316L как правило имеют анодную защиту. Предельная температура для незащищенных охладителей составляет около 75° C (167° F), в то время как охладители с анодной защитой используются до 125° C (257° F)

Специальные нержавеющие стали

Специальные сплавы подразделяются на литейные и деформируемые. Изначально они были предназначены для работы с концентрированной кислотой, загрязненной нитратами или сульфидами. Помимо этого данные сплавы отличаются улучшенной стойкостью при повышенных температурах и / или в случае эрозионной коррозии или истирания.

Один из исходных сплавов этого типа был обозначен как Alloy 20. На сегодняшний день существует целый ряд его вариаций, таких как Аlloy 20Cb-3 (N08020). Данные сплавы используются в концентрированной серной кислоте, прежде всего, благодаря устойчивости к скорости или вихревому движению. Литой состав CN7M (N08807), стойкий к вихревым потокам и эрозиям, используется для изготовления дроссельных клапанов и насосов. Аlloy 825 (N08825), стабилизированный титаном, имеет практически такое же сопротивлениев концентрированной кислоте, как Alloy 20. Стоит также упомянуть Alloy 904L (N08904), выдерживащий воздействие концентрированной серной кислоты при температурах до 50° C (122° F). Существует ряд дуплексных марок, таких как 7-Mo Plus (S32950) и Alloy 255 (S32550), устойчивых к концентрированной серной кислоте, например, стабильность в 98% кислоте при температуре до 150° C (300° F). Дуплексные славы, такие как CD4MCu (J93370), также демонстрируют высокую стойкость к вихревым потокам концентрированной кислоты.

Химическая стойкость металлов и сплавов.

Ржавчина покрывает металл рыхлым слоем, поэтому не предохраняет его от дальнейшей коррозии вплоть до полного разрушения. Растворы солей, как правило, вызывают более сильную коррозию, чем чистая вода. Небольшие количества NH 4 C l, присутствующие в воздухе лабораторий, в значительной степени ускоряют коррозию. Неустойчивы к действию большинства разбавленных кислот. В разбавленных растворах НС l растворение железа идет интенсивно. Азотная кислота с концентрацией выше 50% пассивирует металл, однако защитный слой оксида хрупок, и пассивное состояние легко нарушается. Железо вполне устойчиво к действию дымящей HNO 3 . Серная кислота пассивирует Железо при концентрации выше 70%, при нагревании стали марки СтЗ в 90%-й H 2 SO 4 при 40 °С скорость коррозии составляет 0,14 мм/год; при 90 °С скорость коррозии увеличивается в 10 раз; 50%-я H 2 SO 4 очень активно растворяет железо. Фосфорная кислота в отношении железа не агрессивна. В безводных органических растворителях Железо практически не корродирует, устойчиво к действию растворов щелочей, водного аммиака, сухих С l 2 и В r 2 . Хорошими ингибиторами коррозии являются хромовокислый натрий (в виде добавки к воде в количестве 0,1%), гексаметафосфат натрия. Ион Сl - , напротив, способствует снятию с металла защитной пленки и усилению коррозии. Технически чистое Железо с массовым содержанием примесей около 0,16% обладает высокой коррозионной стойкостью.

Низколегированные и среднелегирова н ные стали. Подобны простым углеродистым сталям, но небольшие легирующие добавки меди, никеля или хрома могут повышать устойчивость к атмосферной и водной коррозии. С повышением количества хрома повышается стойкость к окислению. Однако стали с содержанием хрома менее 12% в основном не рекомендуется использовать при контакте с химически активными средами.

Стали с содержанием хрома 12—18% устойчивы при контакте с пищевыми продуктами, большинством органических кислот, азотной кислотой, сильными щелочами, большинством растворов солей. скорость коррозии в 25%-й муравьиной кислоте составляет около 2 мм/год. Эта группа сталей неустойчива к действию сильных восстановителей, соляной кислоты, хлоридов и галогенов.

Нержавеющие стали с содержанием 17—19% хрома и 8—11% никеля более устойчивы по сравнению с обычными высокохромистыми сталями. Они исключительно стойки в окислительных средах, в том числе кислых (азотнокислой, хромовокислой и т. д.) и сильно щелочных. Добавка никеля повышает устойчивость к некоторым неокислительным средам. Они превосходно устойчивы к действию атмосферных факторов. Однако в кислых восстановительных средах, и особенно в кислых, содержащих ионы галогенов, пассивирующий слой оксидов разрушается и нержавеющие стали теряют свою кислотоустойчивость.

Нержавеющие стали с добавкой 1—4% молибдена. Их общая коррозионная стойкость выше, чем у хромоникелевых сталей. Введение молибдена повышает устойчивость к серной, сернистой, органическим кислотам, галогенидам и морской воде.

Железокремнистое литье (сплавы железа с 13—17% Si , ферросилиций). Коррозионная стойкость определяется образованием пленки Si 02, поэтому окислительные среды (азотная, серная, хромовая кислоты) лишь усиливают защитные свойства пленки. Соляная кислота вызывает коррозию ферросилиция.

Устойчив к атмосферным факторам, в том числе к атмосфере химических лабораторий, воде, даже соленой, нейтральным и щелочным солям — хлоридам, карбонатам, сульфатам, нитратам, ацетатам. Достаточно устойчив к органическим кислотам, если только они не горячие и не насыщены кислородом. Устойчив к кипящим концентрированным щелочам (КОН до 60%). Подвержен воздействию окислительных или восстановительных сред, окислительных солей (кислых или щелочных), окислительных кислот, например азотной, влажных газообразных галогенов, оксидов азота, диоксида серы.

Монельметалл (70% Ni , 30% Си) по сравнению с никелем более устойчив к кислотам, хотя и не выдерживает действия кислот с сильными окислительными свойствами. Обладает сравнительно хорошей устойчивостью к органическим кислотам, к большинству растворов солей. Не подвержен атмосферной и водной коррозии, устойчив к действию фтора. Монельметалл подобно платине выдерживает HF в концентрации 40% при кипении.

Благодаря защитной окисной пленке стойки к окислительным средам, в том числе к фтору, уксусной кислоте и большинству органических жидкостей, к атмосферной коррозии. Алюминий с содержанием примесей не более 0,5% обладает высокой стойкостью к действию Н2О2. Сильные восстановительные среды и едкие щелочи разрушают алюминий. Алюминий устойчив к действию разбавленной серной кислоты и олеума, но не стоек к серной кислоте средней концентрации. Такая же картина и в отношении горячей азотной кислоты. Соляная кислота разрушает защитную.пленку. При соприкосновении с ртутью или ее солями Алюминий быстро разрушается. Чем чище алюминий, тем меньше он подвержен коррозии. Дюралюминий (сплав с 3,5—5,5% Си, 0,5% Mg и 0,5—1% Мп) менее коррозионностоек. Силумин (11 — 14% Si ) имеет высокие антикоррозионные свойства.

Отличаются стойкостью к атмосферной и водной коррозии, включая морскую воду. Устойчивы к растворам едких щелочей при комнатной температуре, горячим разбавленным щелочам, сухому NH 3 , нейтральным солям, сухим газам и к большинству органических растворителей. Сплавы с высоким содержанием меди (бронзы) устойчивы ко многим кислотам, включая горячую разбавленную и холодную концентрированную H 2 SO 4 . как разбавленную, так и концентрированную НСl без нагревания. Контакт с органическими кислотами в отсутствие кислорода не вызывает разрушения меди. Медь не поддается воздействию F 2 и сухого HF . Медь и ее Сплавы подвержены действию окисляющих кислот и неокисляющих кислот в присутствии кислорода, влажного NH 3, некоторых кислых солей, таких влажных газов, как ацетилен, Cl 2 . SO 2 , СО2 . Медь легко амальгамируется. Цинк-медные Сплавы (латуни) в основном не отличаются высокой коррозийной стойкостью.

Устойчив в сухом и влажном воздухе, в чистой воде. В воде с содержанием СО2, NH 3 или солей подвержен коррозии. Сильно корродирует в атмосфере лаборатории. щелочи растворяют цинк, в HNO 3 он растворяется быстро, в НС l и H 2 SO 4 — тем медленнее, чем чище цинк. Не взаимодействует с органическими растворителями, нефтепродуктами, однако при длительном контакте, например с крекинг-бензином, происходит коррозия за счет постепенного повышения кислотности бензина при его окислении воздухом.

Отличается устойчивостью к атмосферной и водной коррозии, устойчив при контакте с почвой, хотя заметно растворяется в воде, содержащей высокие концентрации СО2 , за счет образования растворимого гидрокарбоната свинца. В основном обладает хорошей стойкостью по отношению к нейтральным растворам, удовлетворительной к щелочным, практически стоек к хромовой, серной, сернистой и фосфорной кислотам. В H 2 SO 4 концентрации 98% и выше при комнатной температуре свинец растворяется очень медленно; 48%-я HF вызывает коррозию при нагревании; заметно действуют на свинец НС l , HNO 3 , а также уксусная и муравьиная кислоты. При взаимодействии с НС l свинец покрывается слоем труднорастворимого Р b С l 2 , который препятствует дальнейшему растворению металла. Азотнокислый свинец, образующийся при действии азотной кислоты, нерастворим в концентрированной HNO 3 , но растворим в разбавленной, поэтому разбавленная HNO 3 более агрессивна по отношению к свинцу, чем концентрированная. Растворы нитратов агрессивны по отношению к свинцу, а хлориды, сульфаты и карбонаты — нет.

Обладает превосходной коррозионной стойкостью. Устойчив к действию FeCl 3 , растворов солей, в том числе сильных окислителей. Легко подвергается действию более концентрированных минеральных кислот, но выдерживает кипящую HNO 3 до концентрации 65% и H 2 SO 4 и НС l ниже 5%. Проявляет хорошую устойчивость к органическим кислотам, щелочам и щелочным солям.

Используется при необходимости высокой химической стойкости к большинству кислот и щелочей. Устойчив при контакте с Н2О2. Подвержен действию некоторых хлоридов, кипящей концентрированной НСl, царской водки, дымящей азотной и горячей концентрированной серной кислот. По отношению к соляной и серной кислоте цирконий устойчивее титана, а по отношению к влажному хлору и царской водке — наоборот. Практически важное свойство металлического циркония — гидрофобность его поверхности, он не смачивается водой и водными растворами.

Отличается превосходной химической стойкостью, подобно стеклу, что обусловлено наличием плотной оксидной пленки. При температуре ниже 150 °С на него практически не действуют Cl 2 , В r 2 , I 2 . Устойчив к большинству кислот при комнатной температуре, в том числе к азотной кислоте, царской водке. На него почти не оказывают действия Растворы щелочей. На тантал действует HF и горя чие концентрированные Растворы щелочей, он растворяется в расплавах щелочей.

Кислотостойкость некоторых сплавов к действию различных кислот

Серная кислота.При комнатной температуре высокой стойкостью в этой кислоте обладают все аустенитные нержавеющие стали (хромистые типа X17 нестойки). Примерно при 70 °С аустенитные хромоникелевые стали нестойки даже в кислотах слабой концентрации, но примерно до 5 % H2SО4 могут работать аустенитные стали с добавлением молибдена и меди. В кипящей серной кислоте до концентрации примерно 30 % все стали нестойки. В этих случаях следует применять сплавы типа хастеллой, а при концентрации от 30 % до 60-80 % в кипящей серной кислоте могут работать лишь тугоплавкие металлы (рисунок 11.2).

Фосфорная кислота. При комнатной температуре любой концент­рации аустенитные стали устойчивы, хромистые нет. Исключительно высокой стойкостью отличаются также ниобий и его сплавы с молибденом, алюминием и никелем. В горячей (70 °С) фосфорной кислоте устойчивы лишь сталь ЭИ943 (до концентрации 25 %), в кипящей – лишь хастеллой (до концентрации 20–50 %), а при более высокой устойчивы лишь тугоплавкие металлы. Химический состав некоторых хастеллоев приведен в таблице 11.3.

Соляная кислота.При комнатной температуре устойчива только сталь ЭИ943, но лишь в разбавленной кислоте (5 %). В кипящей кислоте концентрацией до 20 % может работать сплав хастеллой и до любой концентрации - тугоплавкие металлы. Все сплавы хастеллой содержат 5-30% Мо и 60-80% Ni, дополнительно легированы кобальтом, иногда и другими элементами. Эти сплавы должны иметь минимальное содержание углерода, так как он вызывает межкристал­литную коррозию и в этих сплавах, причем других средств борьбы с коррози­ей в этих сплавах, кроме снижения в них содержания углерода, нет.

Таблица 11.3 Химический состав сплавов типа хастеллой, %

Сплав С Si Mn Мо Cr W V Со Fe
не более
Хастеллой В 0,05 1,0 1,0 26-30 1,0 — 0,35 2,5 4-6
ЭП496 (Н70МФ) 0,05 0,2 0,5 25-29 ≤ 0,3 — 1,4-1,7 — ≤ 4,0
Хастеллой С 0,08 1,0 1,0 15-17 14,5-16,5 3-4 0,35 2,5 4-7
ЭП5б7 (ХН65МВ) 0,03 0,15 1,0 15-17 14,5-16,5 3,0-4,5 — — ≤ 1,0
Примечание. Основа - никель.




Рисунок 11.1– Изокоры (0,1 мм/год) кислотостойких сплавов (1 – сталь марки 0Х23Н28М3Д3Т; 2 – 0Х21Н6М2Т; 3 – 0Х18Н10Т; 4 – Х18Н12М2Т; 5 – хастелой С; 6 – хастелой В) в зависимости от температуры и концентрации кислоты. Штриховая линия соответствует температуре кипения кислоты (а – НNО3; б – H2SO4; в – HCl; г – Н3РО4).

Кроме высоких коррозионных свойств, сплавы хастеллой обладают и высокими механическими свойствами (> 900МПа, σ0,2 > 400 МПа) при вы­сокой пластичности, что делает их ценным конструкционным материалом. Еще более высокие механические свойства (σВ ≈ 1200МПа) можно получить тер­мической обработкой, аналогично той, которую применяют для никелевых жаропрочных сплавов; закалка + старение при 800 °С. Однако максимальное упрочнение соответствует минимуму коррозионной стойкости, поэтому упроч­няющая термическая обработка рекомендуется не всегда.

Кислотостойкость конструкционных сплавов в зависимости от температуры и кон­центрации кислоты сравнивают по кри­вым равной скорости коррозии (изо­корам, рисунок 11.1).

Наиболее стойки в неокислительных кислотах, включая горячие сернокислые и солянокислые растворы, сплавы титана с высоким содержанием молибдена (30-35 %). Они разрушаются только в очень концентрированных горячих растворах этих кислот. В азотной и окислительных кислотах данный сплав стоек при низких температурах и концентрациях, при повышенных температурах его применение исключается. В этих условиях более стойкими оказываются сплавы, содержащие не более 5 % молибдена.

Кислотостойкость тугоплавких металлов. Несмотря на малую стойкость против окисления (газовой коррозии) при высоких температурах все тугоплавкие металлы являются чрезвычайно кислотостойкими. В кипящей серной кислоте – одной из наиболее агрессивных сред – кис­лотостойкая хромоникельмолибденомедистая сталь может работать при кон­центрации Н2SО4 до 5 %, сплав хастеллой (80 % Ni, 20 % Мо) – при концентрации до 20 %, а тантал не подвергается коррозии в кипящей серной кислоте при концентрации до 80 % (рисунок 11.2).

Из тугоплавких материалов тантал является наиболее кис­лотостойким. Ниобий по кислотостойкости превосходит сплавы на основах железа и никеля, однако уступает танталу. Использование ниобия вместо тантала представляет интерес из-за более низкой (по сравне-нию с танталом) его стоимости. Легирование ниобия позволяет изыскать технологические сплавы, по коррозионной стойкости приближающиеся к танталу.

Добавка к ниобию молибдена и тантала улучшает коррозионную стой­кость. Так как при высоком содержании молибдена. а его концентрация должна быть достаточно высока, технологическая пластич­ность падает, то перспективным является легирование ниобия танталом. Вве­дение тантала в ниобий резко повышает стойкость сплава в соляной, фосфор­ной и в кипящей серной кислотах (рисунок 11.3). Сплав Nb+25 % Та по коррозион­ной стойкости значительно превосходит чистый ниобий и приближается к тан­талу. Поскольку титан при содержании его до 10 % не ухудшает коррозионной стойкости ниобия, то рекомендуется применять тройной сплав 65 % Nb + 25 % Та + 10 % Ti. Титан также вводят для уменьшения стоимости, снижения плотности и улучшения технологичности.
Рисунок 11.2 – Скорость коррозии различных металлов в кипящей серной кислоте Рисунок 11.3 – Влияние легирующих эле-ментов на коррозионную стойкость ниобия в кипящей 40 %-ной серной кислоте

По кислотостойкости мо­либден и вольфрам в условиях экс­плуатации в кипящих неорганических кислотах значительно превосходят ниобий и мало уступают танталу. При их стоимости, существенно мень­шей по сравнению с танталом, они явились бы весьма перспективными материалами для химического маши­ностроения. Однако технологические трудности изготовления химической аппаратуры ограничивают применение молибдена и вольфрама. Возможно изготовление аппаратуры не из ли­стов чистого молибдена, а из биме­талла: сталь + молибден (молибден – покрытие). Такой биметалличе­ский лист не только в два-три раза дешевле молибденового листа, но и обладает высокой пластичностью.

Тугоплавкие сплавы, в первую очередь тантал, сплав нио­бия с танталом и в отдельных случаях молибден, являются са­мыми кислотостойкими металлическими материалами. Их при­менение особенно целесообразно в средах, в которых другие материалы не обладают коррозионной стойкостью. К таким средам относятся неорганические крепкие кислоты при повышен­ных температурах, а также некоторые промышленные среды. Несмотря на высокую стоимость тугоплавких материалов по сравнению с такими кислотостойкими материалами, как высоколегированная нержавеющая сталь или сплав хастеллой, применение сплавов Ta–Nb, экономически оправданно, так как вследствие высокой коррозионной стойкости можно эксплуати­ровать химическую аппаратуру весь срок без замены облицовки. Следует иметь в виду, что корро­зионная стойкость в крепких кисло­тах определяется в основном химиче­ским составом сплава и мало зависит от структуры и способа производ­ства.

Читайте также: