1.8.Газовая коррозия железа, стали, чугуна

и других металлов и сплавов.

1.8.1. Рост чугунов. Водородная коррозия. Карбонильная коррозия. Коррозия в среде хлора и хлороводорода.

При нагревании выше 60O⁰C железо и углеродистые стали покрываются пленкой — окалиной, имеющей сложное строе­ние. Толщина слоя различных оксидов зависит от температуры, времени коррозии и состава газовой среды.

В стали наряду с окислением железа, происходит взаимодействие карбида железа с кислородом воздуха и кисло­родсодержащими веществами:

Fe₃C + О₂ = 3Fe+ CO₂

Fe₃C+ CO₂ = 3Fe+ 2CO

Fe₃C + H₂ O = 3 Fe + СО + H₂

В результате поверхностный слой обедняется углеродом, что приводит к изменению структуры сплава и ухудшает его механические и антикоррозионные свойства.

Содержание примесей марганца, серы, фосфора не оказывает заметного влияния на коррозию стали.

В особый случай газовой коррозии чугунов («рост чугунов») выделяют высокотемпературные процессы селективного, внутрен­него окисления. Образование окалины в этом случае протекает на границах зерен кристаллитов сталистой основы и на поверх­ности включений графита. Из-за большего объема образующихся оксидов компонентов чугуна размеры детали увеличиваются, а ее прочность снижается. Больше всего способствуют процессам «роста» чугуна тепловые удары.

Наличие кремния в составе чу­гунов увеличивает их склонность к «росту», а чугуны, легирован­ные хромом и никелем, хорошо сопротивляются такому виду коррозионного разрушения. Существенное значение при прогнози­ровании жаростойкости чугунов имеет форма графитовых включе­ний. При шаровидной форме вкраплений графита стойкость хромистых чугунов против газовой коррозии выше, чем у чугунов с пластинчатыми включениями графита.

Сталь и чугун обезуглероживаются также в среде водорода с образованием метана:

t,p

Fe₃C + 2H₂ = 3Fe + CH₄

Этот вид газовой коррозии, называемый водородной, наблюдается при взаимодействии водорода с железоуглеродистыми сплавами при высоких температурах и давлениях, например в колоннах син­теза аммиака (процесс синтеза аммиака ведут при 450—55O⁰C и давлении 25—100 МПа). Для предупреждения обезуглероживания стали при высоких температурах применяют легированные стали. В качестве легирующих добавок вводят элементы, способные образовывать карбиды, более стойкие по отношению к водороду, чем цементит FезС.

Карбонильная коррозия — процесс разрушения металлов при взаимодействии их с оксидом углерода (II), который при высоких давлениях и температурах, как например, в процессах получения синтетических спиртов (метилового, бутилового и др.), может образовывать с металлами легко возгоняющиеся карбонилы:

Ме + п СО = Ме(СО)„

Для железа реакция идет с образованием пентакарбонила:

Fe + 5(CO) = Fe(CO)₅

Пентакарбснил железа Fe(CO)₅ — жидкость, кипящая при 102⁰C, пары ее полностью диссоциируют на Fe и СО при дав­лении 0,1 MПa и температуре выше 14O⁰C.

При карбонильной коррозии происходит разрушение поверх­ностного слоя металла и разрыхление его на глубину до 5 мм. В качестве предупредительных мер в состав стали вводят легирующие добавки. Однако необходимо заметить, что никель при взаимодействии с оксидом углерода (II) образует легкокипящий тетракарбонил никеля Ni(CO)₄.

Не подвержены карбонильной коррозии хромистые стали с со­держанием 30% Cr, хромоникелевые стали (23% Cr и 20% Ni) и марганцовистые бронзы при температуре до 70O⁰C и давлении до 35 MПa.

Коррозии под действием хлора и хлороводорода подвержены практически все металлы. Образующиеся в результате такого взаимодействия хлориды металлов типа MeCl₂ или MeCl₃ плавятся или разлагаются при повышении температуры.

Реакция взаимо­действия Me + Cl₂ = MeCI₂ имеет экзотермический характер, и пос­кольку при этом скорость отвода теплоты может быть ниже cкоростb реакции, то металлы горят в атмосфере хлора. Вот почему этот вид коррозии принципиально отличается от других, протекающих в газовых средах (рис. 44).

Наиболее стойкие по отношению к хлору и хлороводороду никель, хромоникрлевые стали, свинец, чье взаимодействие с хло­ром не сопровождается экзотермическим эффектом, а образующие­ся на их поверхности пленки обладают защитными свойствами.