Серная кислота и нержавеющая сталь

Обновлено: 17.05.2024

При эксплуатации металлов в среде неорганических (серной
H₂SO₄, соляной азотной HNO₃) и агрессивных органических кислот предъявляются особые требования, поскольку технологические операции происходят не только в агрессивнейшей среде, но и, как правило, при высоких температурах и давлении. В таких условиях для использования подойдет далеко не каждый металл.

Для изготовления оборудования, обладающего высокой степенью стойкости к агрессивным средам, используют кислотостойкую нержавеющую сталь марки АISI 316. Она нашла применение во многих отраслях промышленности: химической, нефтехимической, машиностроительной и других. Это хороший материал для технологических конструкций, изделий, деталей и узлов, эксплуатирующих в кислых средах. Исходным металлопрокатом для их изготовления является лист кислотостойкий из нержавеющей стали АISI 316.

Характеристики кислотостойкой нержавейки

Хорошую сопротивляемость к воздействию неорганических и органических кислот проявляют особые марки стали из нержавейки.

Кислотостойкая нержавеющая сталь марки АISI 304 и АISI 316 наиболее часто используется в агрессивных кислых средах. Это высоколегированные хромоникелевые сплавы специального целевого назначения, не поддающиеся коррозии в течение определенного времени. Кислотоупорность нержавейке придают легирующие компоненты – хром, никель, молибден, титан, вольфрам.

Нержавейка кислотостойкая марки АISI 316, по сравнению с маркой АISI 304, содержит большее количество никеля, к тому же она была усилена добавлением молибдена (2,5 %), что значительно повысило сопротивление к коррозии во многих агрессивных средах. Кроме этого, она обладает более высокой прочностью. Данная марка является жаропрочной антикоррозионной сталью. На ее поверхности имеется защитная хромоксидная пленка, устойчивая к механическим и химическим повреждениям.

Кислотостойкая сталь АISI 316 обладает отличными свойствами:

выдающаяся стойкость к коррозии и окислению;
хорошие механические свойства;
технологичность;
пластичность;
легкость в любого вида механической обработке.

Такие уникальные характеристики позволяют использовать изделия из нержавейки АISI 316 во многих вредных производствах, например, трубопроводы для перекачки концентрированных растворов минеральных и органических кислот, а также резервуары и хранилища для едких жидкостей и смесей. Из нее изготавливают различные виды запорной арматуры: заглушки, клапаны, шаровые краны.

Вагоны-цистерны для серной кислоты

Трубы, сосуды и разные другие изделия из нержавейки кислотостойкой с зеркальной поверхностью обладают эстетичным внешним видом и популярны на рынке, благодаря длительному сроку эксплуатации.

Устойчивая к воздействию агрессивных сред, сама нержавеющая сталь не оказывает негативного влияния на окружающую среду, то есть является экологичным материалом. Это и другие достоинств нержавейки делает ее популярной для применения в различных производствах.

Также читайте статьи:

Стали и материалы стойкие к кислотным средам

Нержавеющие стали относятся к наиболее перспективным конструкционным материалам. Они незаменимы в современной жизни и применяются все шире — от столовых приборов и кастрюль до сложного оборудования в пищевой, химической промышленности, медицине и т.д. Гигиенические преимущества нержавеющей стали основаны на том, что влияние ее на питьевую воду исключено, при концентрации в воде хлорида или бромида до 200 мг/л рекомендуют использовать нержавеющую сталь с содержанием молибдена. В электрохимическом ряду напряжений нержавеющая сталь имеет более высокий потенциал, чем медь и оцинкованная сталь. Широкое применение в пищевой промышленности связано с ее нейтральными вкусовыми показателями и, благодаря высококачественной поверхности, нержавеющая сталь ведет себя нейтрально относительно микробиологического влияния. Это значит, что рост микроорганизмов не перемещается на поверхность из нержавеющей стали (по сравнению с поверхностями из органических материалов), а бактерии, грибки и т.п. не имеют шансов развиться на ее поверхности, что определяет высокую популярность «пищевого» применения нержавеющей стали.

Однако при использовании замечательных свойств нержавеющих сталей надо иметь в виду, что при технологической обработке их «поведение» весьма отличается от простых углеродистых сталей. Это объясняется особенностями их метастабильной аустенитной структуры, использование свойств которой требует учета ряда особенностей. Некоторые характеристики этих сталей на ознакомительном уровне для потребителя описывает настоящая статья с целью подчеркнуть то отличие, что в углеродистых (обычных, «черных») сталях в основном используются свойства стабильных структур сплава, а в нержавеющих сталях – свойства метастабильных (немагнитных) структур. Перенос технологических стереотипов от «черных» на нержавеющие стали могут превратить последние в «ржавеющие».

Предлагаем следующие рекомендации по свойствам и назначению нержавеющих и кислотостойких сталей, выбранные из нормативной и технической литературы.

Жаропрочность и химическая стойкость нержавеющих сталей достигается за счет введения в сталь хрома. Чем больше в стали хрома, тем выше ее сопротивляемость окислению. При 13% и выше хром образует сплошную тонкую прочную пленку окислов, защищающую сталь от коррозии.

Последующий нагрев стали Х18Н9 до температуры свыше 6000, а также холодная механическая обработка аустенитной стали приводит к частичному распаду аустенита, сталь приобретает магнитность. Указанный нагрев вызывает выделение хромовых карбидов, они делают близлежащие зоны металла малохромистыми и потому коррозионно малостойкими.

Так как выделение карбидов идет в основном по границе зерен, то сталь приобретает склонность к интеркристаллической коррозии. Сильно прокорродированная сталь делается совершенно хрупкой, ломается при изгибе и теряет обычный металлический звук при ударе. Этим объясняется и «ножевая» коррозия вблизи сварочных швов. Для предупреждения склонности к интеркристаллической коррозии к нержавеющей стали добавляют небольшое количество титана, ниобия. Эти элементы, образуя более прочные карбиды TiC, NbC, чем хром и железо, связывают углерод и оставляют весь хром в растворе и тем самым устраняют интеркристаллическую коррозию.

Нержавеющие стали хорошо сопротивляются действию органических кислот, слабых минеральных кислот, а также азотной кислоты. Серная и соляная кислоты растворяют эти стали. Из всех нержавеющих сталей наиболее стойкими является хромоникелевые чисто аустенитные стали, которые традиционно выпускаются в виде проката следующих марок: 08Х18Н10 (аналог — AISI 304 по стандарту США), 12Х18Н10Т (AISI 321), 12Х17 (AISI 430).

В «Справочнике металлиста» (т.3 со ссылкой на ГОСТ 5632) указано следующее назначение сталей.

12Х17 – кислотостойка, окалиностойка. Оборудование азотнокислотных заводов (башни, теплообменники для горячих газов и горячей кислоты, баки, трубопроводы ии пр.). Оборудование кухонь, столовых, консервных заводов. Предметы домашнего обихода.

08Х18Н9 – кислотостойка. Конструкционный материал для самолетов; поплавки гидросамолетов. В архитектуре – материал для отделки зданий. Немагнитные части аппаратуры управления.

04-12Х18Н10Т – кислотостойка, не подвержена интеркристаллитной коррозии, жаропрочна до 600 град. С. В азотной промышленности – башни, баки, трубопроводы. Автоклавы, мешалки в лакокрасочной промышленности. Аппаратура для переработки молока, бидоны, фляги. Бродильные баки , бочки чаны пивоваренных заводов. Посуда для пищи, оборудование для кухонь и консервных заводов. Насосы и аппаратура для работы в кислотных шахтных водах. Патрубки и коллекторы выхлопной системы авиамоторов.

Х18Н12М2Т и Х18Н12М3Т — кислотостойки, не подвержены интеркристаллитной коррозии, жаропрочны до 800 град. С. Аппараты и детали, устойчивые против сернистой, кипящей фосфорной, муравьиной и уксусной кислот, против горячих растворов белильной извести и сульфатного щелока, выпускные клапаны моторов.

Для многих целей достаточной жаропрочностью обладает сталь Х18Н9Т. Такая сталь (имеющая при комнатной температуре σв=60 кг/мм2) при 6500 выдерживает тысячечасовую нагрузку около 10 кг/мм2 и при 7000 – сточасовую нагрузку 10 кг/мм2. При 8000 эта сталь выдерживает 100 час. под напряжением в 5 кг/мм2. Аустенитная сталь Х14Н14В с 2% W, 0.4% Мо и 0,4% С еще боле жаропрочна и выдерживает при 7000 100 час. под напряжением в 12 кг/мм2 и при 8000 100 час. под напряжением в 6-7 кг/мм2. Очень высокими значениями прочности при высоких температурах обладает аустенитная сталь Х16Н25М6 (при 0,1% С и 0,4% N), выдерживающая при 7000 100 час. при 20 кг/мм2 и при 8000 100 час. при 8 кг/мм2.

Во всех жаропрочных аустенитных сталях, помимо аустенита, имеется какая-нибудь упрочняющая фаза – карбиды титана, хрома, вольфрама или вольфрамиды и молибдениды железа и т. п. Заметно повышает прочность стали молибден в количестве нескольких десятых долей процента вследствие общего измельчения структуры и выделения дисперсных частиц карбида молибдена. Эти стали применяются для котельных труб.

Возможность распада аустенита, с одной стороны, и выпадения карбидов, с другой, усложняют процессы термообработки нержавеющей стали. В сталях, содержащих более 18% Сr, помимо карбидов, может выделяться богатая хромом σ-фаза, вызывающая хрупкость стали.

Не забудем отметить уникальные свойства нержавеющих сталей как кровельного материала. Из нержавеющей стали сооружают практически «вечную» кровлю с гарантией стойкости — не менее 50 – 100 лет. Особенно впечатляет покрытие «под золото» нитридом титана на полированный нержавеющий лист, которое все шире применяют для кровли «золотых» куполов (например, одна из нових церквей г. Києва возведена «на воде» у речного вокзала), крестов, перил и т.д. Нитрид титана повышает корозионную стойкость и износостойкость стали. Если раньше технически возможно было выполнить ионно-плазменное покрытие лишь мелких деталей (зубне коронки, корпуса часов), то сейчас успешно покрывают кровельные листы с габаритами 1х2м до (500 кв. м. листа в месяц) и кресты высотой 1,6м.

Серная кислота и нержавеющая сталь

Проконсультируйте по трубам из нержавейки.
Для обвязки оборудования применили трубы по ГОСТ 9941 из стали 12Х18Н10Т при перекачивании отработанного травильного раствора серной кислоты концентрацией 0,5% и температурой до 60С.
Трубы потекли через 2недели.
В основном по сварным швам или рядом (в некоторых местах и по всей длине).

В справочниках информация разная.
Мы применили эту сталь основываясь на проектных данных существующей трубной обвязки травильного оборудования,
которая работает на трубах из этой стали уже более 20лет
Сейчас уточняем, может в существующей обвязке другую сталь применили, а проект не меняли.

Кто сталкивался с серной кислотой маленькой концентрации и высоких температур? Держит сталь 12Х18Н10Т кислоту при таких условиях? Либо надо другую сталь применять?
От чего еще могли возникнуть проблемы с трубами? В каком справочнике можно посмотреть материалы, стойкие к серной кислоте при разных концентрациях и температурах?

Серная кислота реагирует с нержавеющей сталью и образует тонкий слой сульфатов. Слой сульфатов пассивен к серной кислоты и выступает защитным слоем, при этом сам металл к серной кислоте не стоек. Соответственно, чтобы нержавеющая сталь "держала", нужно одновременно выполнить несколько условий:
- металл должен пройти пассивацию (должен образоваться защитный слой)
- защитный слой не должен быть удалён
- защитный слой должен быть однородным

Нержавеющая сталь перестаёт быть коррозионно стокой при:
- эрозии защитного слоя (например большие скорости потока)
- растворении защитного слоя (например разбавленной соляной кислотой или её солями)
- трещинах (например при коррозионном растрескивании сварных швов под действием ионов хлора)
- недостаточной пассивации (например под грязью, ржавчиной или колонией бактерий)
- локальном повышении концентрации (например испарении недренируемых карманов)
- перегрев (например теплоспутник или пропарка)

Сталь 08Х18Н10Т не применяют из-за высокой скорости коррозии. Буржуины применяют марки 304, 316, 317 по ситуации (аналог Х18Н10, Х17Н13М2, Х19Н13М3 соответственно). Положительный опыт эксплуатации 20 лет это хорошо, любой поступил бы на Вашем месте также. Но важно обеспечить аналогичные условия эксплуатации, включая порядок пуска и остановки, примеси, температуры, концентрации и скорости.

В каком справочнике можно посмотреть материалы, стойкие к серной кислоте при разных концентрациях и температурах?

Определитесь с механизмом коррозии. Информации только о содержании серной кислоты не достаточно. Нужны примеси (например сколько ppm галогенов) и реальные условия эксплуатации. Также будет полезным реальный химический состав металла.

Всем Добрый день. Поделитесь чертежом бака горизонтального на 10 м3 для хранения серной кислоты, 92-94%. С обвязкой, крышкой, что внутри должно быть - какие трубопроводы? Спасибо.

Конструкция ситуативная, зависит от оборачиваемости, способа слива/налива, условий хранения. Стандарт

Не совсем понятный ответ. Обычный расходный бак серной кислоты. Патрубки в крышке. Только какие обязательно?

Вам же написали "ситуативная", т.е. не "какие обязательно", а скорее "какие Вам нужны".
Видел серии на вертикальные резервуары. В некоторых просто "верхний люк" и "нижний люк". Про Ваше оснащение никто кроме Вас тут не в курсе: штуцера на заполнение , штуцера на опорожнений, дыхательные, переливные, аварийной перекачки, люки для осмотра, люки для насосов, штуцера для уровнемеров.

Химическая стойкость нержавеющей стали

Данная таблица предназначена для составления общего представления о том, как нержавеющие стали реагируют с определенными средами. Рекомендации не являются абсолютными, поскольку концентрация среды, ее температура, давление и другие параметры могут влиять на применимость конкретного металла и сплава.

Реагент	AISI 304	AISI 316L
Уксусная кислота 30%	v	v
Уксусная кислота 80%	x	v
Фтористоводородная кислота	x	x
Хлористоводородная кислота	x	x
Морская вода	x	v
Азотная кислота	o	o
Перхлорная кислота	x	x
Гидроксид калия	v	v
Кальцинированная сода	v	v
Серная кислота	x	x
Спирт (метиловый или этиловый)	v	v
Пиво	v	v
Сок сахарной свеклы	v	v
Бензол	v	v
Борная кислота	v	v
Бутан	v	v
Углекислый кальций	v	v
Гипохлорит кальция	x	o
Углекислый газ	v	v
Углекислота	v	v
Каустик 20%	v	v
Каустик 50%	v	v
Хлор (влажный)	x	x
Хромовая кислота 50%	x	x
Хромовая кислота 10%	v	v
Лимонная кислота	o	v
Хлопковое масло	v	v
Муравьиная кислота 90%	x	v
Формальдегид 37%	v	v
Фруктовый сок	v	v
Бензин	v	v
Глюкоза	v	v
Глицерин	v	v
Перекись водорода 90%	v	v

V - рекомендуется
O - имеются ограничения
X - не рекомендуется

Читайте также: