Новости и информация
Blog
24 августа 2020

Воздействие серной кислоты слабой и средней концентрации на стали и сплавы

Слабая серная кислота без примесей встречается редко, намного чаще в ней присутсввуют загрязняющие вещества различных типов и концентраций. H2SO4 с концентрацией от 5% до 25% представляет собой классическую восстанавливающую кислоту, максимальное содержание ионов водорода (протонов) в ней наблюдается при концентрации около 25 % масс. Концентрация в диапазоне 25%-70% отличается увеличением окислительной способности. Тем не менее корроизонные свойства кислоты любой концентрации напрямую зависят от характера и объема присутствующих примесей.

Взаимодействие сплавов с серной кислотой носит комплексный характер. Один процесс может включать не только наличие широкого диапазона концентраций серной кислоты, но также присутствие таких загрязнителей, как ионы трехвалентного железа и двухвалентной меди, нитраты, хлориды, аммиак, диоксид серы и оксиды металлов. Подобные переменные оказывают значительное влияние не только на окислительную способность растворов серной кислоты, но и на характеристики нержавеющих сталей и никелесодержащих сплавов при контакте.

Углеродистые стали и чугуны

Стандартные стали и чугуны неустойчивы к воздействию слабых кислот. Исключение составлет чугун с высоким содержанием кремния.

Нержавеющая сталь

Стали мартенситного и ферритного класса практически не применяются в слабой кислоте. При умеренно повышенных температурах аустенитные марки имеют ограничения по концентрации. Например, «резко возрастающая коррозия» (т.е. потеря потеря защитного слоя) со скоростью > 0,12 мм / год (> 5 милов в год) происходит в 0,25% H2SO4 при температурах значительно ниже 60° C (140° F) для безмолибденовых марок, таких как 304, и при температуре около 90° C (190° F) в 0,5% кислоте для марки стали 316.

Однако в условиях продувания воздухом при температуре окружающей среды марка 304 устойчива к 15% кислоте. В безвоздушной среде марка 316 стабильна при контакте с 10% кислотой. Устойчивость данной стали к 30% кислоте наблюдается при комнатной температуре и продувании воздухом. Скорость коррозии в вышеописанных условиях может быть резко снижена за счет присутствия окисляющих примесей, таких как ионы двухвалентной меди, железа или нитрат-ионы (усиливающих процесс декапировки), в то же время сокращение хлоридов и фторидов способствует возникновению коррозии. Для сварных конструкций рекомендоуется использование стабилизированных или низкоуглеродистых марок, поскольку кислота в этих диапазонах концентраций приводит к образованию межкристаллитной коррозии.

Некоторые дуплексные марки, такие как 7-Mo Plus (S32950), стабильны в 5% кислоте при температуре точки кипения и концентрациях до 40% при температуре окружающей среды. В данном случае ферритная фаза в дуплексных сплавах, потенциально подвержена избирательной коррозии.

Супераустенитные марки с содержанием 4% молибдена (например, Alloy 904L), 6% молибдена (UNS S31254, UNS N08367) и медьсодержащий Alloy 20 демонстрируют постепенно возрастающую устойчивость к средним концентрациям. При проведении испытания в 5% кислоте и температуре 80° C (176° F) показатели коррозии у Alloy 904L и Alloy 20 составили <0,025 мм/год (<1 милов в год), в другом тесте Alloy 20 подвергся образованию коррозии при 2,3 мм/год (90 милов в год), что позволяет отметить пограничную сопротивляемость данных сплавов при заданных температурах.

При сильном загрязнении кислоты хлоридом в настоящее время используются высоколегированные марки: Alloy 31 (N08031) или сплавы с содержанием 7% молибдена (UNS S32654).

Никель и никелевые сплавы

Никель-медные сплавы, такие как Alloy 400 (N04400), стабильны при контакте с кипящей 5%-ной серной кислотой (стремительно теряющей весь растворенный кислород). Однако при температурах ниже точки кипения наблюдается очень высокая степень агрессивности. Во время контакта с кислотой концентрации 25% и выше с повышением окислительных показателей, у Alloy 400 и Alloy 200 (N02200) наблюдается высокая интенсивность коррозии.

Сплавы Ni-Mo (например, Alloy B-2) демонстрируют хорошую стойкость, наблюдаемую как при наличии растворенного кислорода в условиях температур до 50° C (122° F), так и при температуре кипения и испарении кислорода. Тем не менее даже небольшое количество окислительных загрязняющих веществ может стать причиной серьезных повреждений.

Сплавы с содержанием хрома (Alloy 600 (N06600)) не имеют практического применения в этой области. В данном случае могут применяться марки Ni-Cr-Mo, типы Alloy C. Так, Alloy C-276 подвергается коррозии при скорости менее 0,12 мм/год (5 милов в год) и температуре до 75° C (165° F) в 25% серной кислоте и при концентрации до 70% в температурном диапазоне до 50° C (122° F). На практике незначительное содержание окислительных ионов способно значительно повысить сопротивление сплава.

Медь и ее сплавы

Сплавы на основе меди не рекомендуется использовать в слабой серной кислоте за редкими исключениями, когда кислота находится в восстановительных условиях. При контакте кислоты с медью начинается процесс автокаталитической коррозии. Увеличение объема растворенной меди обеспечивает повышение уровня ионов двухвалентной меди, которые сами по себе являются окисляющими загрязнителями

.

Свинец

Свинец является стандартным материалом для работы со слабой и сильной кислотой. Как правило, из него изготавливается футеровка для стальных сосудов. Стойкость металла связана с образованием пленок нерастворимого сульфата свинца, которые подвержены механическим повреждениям, эрозии, истиранию и т. д. с соответсвующими более высокими показателями агрессивности. Скорость коррозии у неповрежденной механическими воздействиями пленки составляет от 0,12 мм/год (5 милов в год) при контакте с кислотой концентрации до 50% при точке кипения при атмосферном давлении и в температурных условиях до 120° C (250° F) в диапазоне концентрации 50-70%. На сегодняшний день во многих промышленно развитых странах свинец вышел из употребления ввиду плохих механических свойств (подверженность «статической усталости» в автономных конструкциях или провисающих элементах), острой нехватки квалифицированных мастеров («специалистов по свинцу»), а также из соображений безопасности — свинец токсичен. Тем не менее, данный металл по-прежнему является базовой футеровкой (например, в Германии). Страны, считающие коррозионную стойкость свинца приемлемой, по-прежнему его используют.

Другие металлы

Титан и его сплавы при отсутствии окисляющих примесей довольно легко разрушаются слабыми минеральными кислотами и обычно не используются в данном направлении. Цирконий номинально выдерживает концентрацию до 70% при температуре кипения. В условиях повышения температуры наблюдается резко возрастающая коррозия. Однако сварные швы могут подвергаться разрушению и при температуре 50-60°C (140° F). Загрязняющие вещества в химических процессах способны снизить предельную концентрацию ближе к 60%; в присутствии ионов трехвалентного железа или двухвалентной меди могут образовываться коррозионные пирофорные продукты (потенциальная опасность пожара или взрыва).

При отсутствии загрязнения фторидом тантал устойчив к 0-70% серной кислоте до точки кипения при атмосферном давлении. Из тантала изготавливаются ребойлеры обогатительных установок для кислоты концентрации 70%.

Назад в блог Ключевые слова: коррозия, серная кислота,