2. Требования к аппаратуре для сернокислых сред:

- высокая стойкость против межкристаллитной коррозии;

- высокая стойкость против коррозионного растрескивания в хлоридных и щелочных средах.

Так как аппаратура для сернокислых сред должна удовлетворять вышеуказанным требованиям, то сталь будет с особыми физико-химическими свойствами. Сталь должна быть нержавеющей.

Нержавеющие стали делятся на хромистые и хромо-никелевые.

Необходимо выбрать хромо-никелевые стали, потому что хромистые стали имеют существенный недостаток. При перегреве у них возникает (например, при сварке) крупнозернистость, которая не может быть устранена термической обработкой, так как в этих сталях нет фазовых превращений. Крупнозернистость создает повышенную хрупкость стали (порог хладноломкости (способность сохранять высокую ударную вязкость при отрицательных температурах) повышается и переходит в область повышенных температур). А учитывая то, что аппаратура должна работать до температуры 350°С хромистые стали не приемлемы.

Основным преимуществом хромо-никелевых сталей является отсутствие склонности к росту зерна при сохранении двухфазной структуры, меньшая склонность к МКК и высокая стойкость к серной кислоте – H₂SO₄ (из-за Ni).

В хромо-никелевых сталях Cr расширяет область α-Fe, а Ni наоборот выклинивает область α-Fe, расширяя область γ-Fe. В зависимости от соотношения Cr и Ni структура может быть разнообразной: ферритной, аустенитной или феррито-аустенитной. Стали и на ферритной и на аустенитной основе чувствительна к МКК (межкристаллитная коррозия). Природа явлений одна и та же: выделение карбидной фазы по границам зерна, только ферритные стали чувствительны к коррозии после быстрого охлаждения от высокотемпературного нагрева, а аустенитные после медленного.

Такая разница вызвана тем, что области распада растворов сдвинуты одна относительно другой: ферритные – вниз и влево вследствие понижения растворимости углерода в феррите; аустенитная сдвинута в область повышенных температур и вправо. Если эти обе фазы находятся в одной стали, то развитие коррозии протекает по-разному. На этой основе получают аустенито-ферритные стали. Такие стали содержат меньше Ni, следовательно, они дешевле чисто аустенитных и прочнее их в 1,5-2 раза, а по сопротивлению коррозии уступают немного.

Для того, чтобы сталь стала нержавеющей количество Cr должно быть больше 13%.

Поскольку Cr – карбидообразователь, то он стремится образовать карбид, при этом нержавеющие свойства ухудшаются. С целью обеспечения максимально возможных нержавеющих свойств, сталь закаливают для растворения карбидов и перевода Cr в раствор.

Главным фактором, определяющим стойкость против общей коррозии, является содержание хрома. Cr придает сплаву коррозионную стойкость за счет пассивации (состояние повышенной коррозионной устойчивости металлов и сплавов, вызванное торможением окислительных процессов, за счет образования защитных пленок в кислородосодержащих средах): образуется плотная пленка Cr₂O₃. Вредным элементом в стали является С, потому что образуются карбиды Cr и он не в растворе Fe.

Углерод провоцирует восприимчивость к МКК, коррозионному и точечному растрескиванию. К тому же, чем меньше С, тем меньше возникнет карбидов, следовательно, больше Cr останется в растворе Fe. Поэтому количество углерода в стали должно быть малым.

Никель является коррозионноустойчивым металлом к воде, растворы солей на него не действуют. Ni хорошо сопротивляется действию кислот. Эту способность он передает и Fe. Сталь становится устойчивой в морской воде, щелочах, кислотах. Особенно высока стойкость к серной кислоте – H₂SO₄.

Для повышения коррозионной стойкости изменяют состав карбидной фазы путём введения в сплав более сильного карбидообразователя, чем Cr, который определяет стойкость против общей коррозии. Этим карбидообразователем является Ti. Сам по себе Ti не повышает стойкость. Его влияние косвенное: образуется труднорастворимый карбид TiC, который забирает на себя часть углерода, тем самым, способствуя снижению чувствительности к МКК.

Учитывая тот факт, что одним из требований к аппаратуре для сернокислых сред является высокая стойкость против коррозионного растрескивания в хлоридных и щелочных средах, стоит легировать сталь Mo. Его добавляют для уменьшения точечной коррозии при работе в особо агрессивных средах.