3.1.5. Применение металлов и сплавов в качестве антикоррозионных материалов

В целом ряде областей практического применения металлов и сплавов (и прежде всего – в химической промышленности) приходится решать проблему защиты КМ от коррозии.

Коррозия (от лат. corrodere – разъедать) – разрушение металлов при воздействии на них химически агрессивной (коррозионно-активной) среды.

С точки зрения особенностей химизма процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – разрушение материалов в жидкостях – неэлектролитах и в сухих газах при высоких температурах.

Электрохимическая коррозия – разрушение материалов в растворах электролитов и во влажных газах (процессы характеризуются наличием электрического тока).

По природе агрессивной среды различают газовую, атмосферную, жидкостную и почвенную коррозию.

Жидкостная коррозия может быть кислотной, щелочной и солевой. Вариантами солевой коррозии являются процессы морской и речной коррозии.

К сожалению, черные металлы (стали и чугуны ) не обладают достаточной стойкостью к целому ряду химических сред. Вследствие важности вопроса ниже дается краткая характеристика коррозионной стойкости черных металлов к широкому ряду химических сред.

Химическая стойкость черных металлов (ЧМе)

ЧМе имеют удовлетворительную стойкость к:

• твердым щелочам и их растворам (при t до ~ 200C);

• растворам солей оснóвного характера (карбонатов, нитритов, сульфитов, сульфидов щелочных Me);

• кислотам: H₂SO₄>75%;олеуму; ХСК (хлорсульфоновой кислоте), меланжу;

• сухим газам: HCl; H₂S; SO₂;

• органическим веществам всех классов, кроме кислот и фенолов.

ЧМе не обладают достаточной стойкостью:

• H₂O в присутствии O₂(!)

• кислотам – H₂SO₄<75%; HCl; HNO₃ и др. минеральным кислотам;

• карбоновым и сульфоновым кислотам (растворам);

• фенолам;

• растворам хлоридов многих металлов, сульфатов Na и Cu;

• морской воде;

• влажным газам кислотного характера;

• концентрированным растворам и расплавам щелочей при t≥200C.

Из числа возможных методов предупреждения электрохимической коррозии или защиты от неё в химическом аппарато- и машиностроении (и затем – в химической промышленности) наиболее часто используются два метода:

• применение химически стойких металлов и сплавов;

• защита поверхности чёрного металла покрытиями из коррозионно-стойкого материала.

3.1.5.1. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

Наиболее важными коррозионно-стойкими сталями являются хромистые и хромоникелевые стали. Хромоникелевые стали аустенитного класса имеют более хорошие механические свойства и бóльшую кислотостойкость, чем хромистые стали. В большинстве случаев эти стали содержат 18% Cr и 9 – 10% Ni: Х18Н9;12Х18Н9Т;00Х18Н10. Для уменьшения дефицита Ni часть его в аустенитных сталях заменяют Mn (сталь 40Х14Г14НЗТ). Эти стали имеют высокую прочность (_в≥800 МПа), высокую пластичность (=40 – 50%), хорошую свариваемость.

Для получения особо коррозионно-стойких материалов аустенитные стали дополнительно легируют Cu или Cu+Mo (сталь ОХ23Н28М3Д3Т).

Наиболее широкое применение эти стали имеют в химической и пищевой промышленности. Основной недостаток хромоникелевых сталей – высокая стоимость и дефицитность Ni.

В целях экономии Ni широко практикуется производство двухслойных сталей (биметалла). Основной (конструкционный) слой выполняют из стали 10, 3, 16ГС и др., а коррозионно-стойкий (плакирýющий) слой – из стали ОХ17Н13МЗТ, ОХ18Н9Т, ОХ18Н12Т и т.д.

При использовании толстолистовой двухслойной стали с соотношением толщин слоёв 14 или 15 экономия никеля составляет 70 – 80%.

Широкое применение в качестве антикоррозионных материалов находят цветные (и в том числе редкие) металлы. Приводим краткую характеристику коррозионной стойкости и основных направлений использования в химической промышленности ряда цветных и редких металлов.