Для примера рассмотрим некоторые особенности коррозии нержавеющих сталей и способы борьбы с ней. Высокая коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется их способностью легко пассивироваться (покрываться защитной пленкой) даже в обычных атмосферных условиях за счет кислорода воздуха.
Коррозионная стойкость нержавеющих сталей зависит:
1.От содержания хрома, основного легирующего компонента, с увеличением содер
жания которого резко возрастает коррозионная стойкость стали.
2.От содержания углерода, с увеличением которого коррозионная стойкость стали значительно снижается.
3.От структурного состояния сталей. Наибольшей коррозионной стойкостью обла-
дают твердые растворы, легированные хромом и никелем. Нарушение однородности структуры, вследствие образования карбидов или нитридов, приводит к уменьшению содержания хрома в твердом растворе и снижению коррозионной стойкости.
4.От природы агрессивной среды и устойчивости пассивной пленки. Нержавеющие стали устойчивы в растворах азотной кислоты, различных нейтральных и слабокислых растворах при доступе кислорода и неустойчивы в соляной, серной и плавиковой кислотах. Стали теряют свою устойчивость в сильно окислительных средах вследствие разрушения пассивных пленок, например, в высококонцентрированной азотной кислоте при высоких температурах.
|
|
5.От температуры - с повышением температуры коррозионная стойкость нержаве-
ющих сталей резко ухудшается как в окислительных, так и в неокислительных сре-
дах.
Коррозия в нержавеющих сталях может протекать как по электрохимическому, так по химическому механизму. Ввиду сложного структурного состояния и большой разницы в электрохимических и коррозионных свойствах структурных составляющих, нержавеющие стали особенно склонны к проявлению локальных разрушений (межкристаллитная коррозия, точечная, язвенная). В сложных конструкциях, имеющих зазоры и щели, характерно проявление щелевой коррозии.
Межкристаллитная коррозия чаще проявляется в сварных соединениях и в случае неправильной термической обработки. При этом зерна находятся в пассивном состоянии, а границы зерен в активном вследствие образования карбида хрома. С повышением содержания в стали углерода чувствительность ее к межкристаллитной коррозии резко возрастает. Существенное влияние на чувствительность сталей к межкристаллитной коррозии оказывает размер зерен, причем, чем меньше размер зерна, тем меньше чувствительность стали к коррозии.
Существует несколько эффективных способов борьбы с межкристаллитной корро-
зией:
1.Снижение содержания углерода, вследствие чего уменьшается карбидообразование по границам зерен. Менее чувствительные стали с содержанием углерода менее 0,3%.
|
|
2.Применение закалки в воду с высоких температур. При этом карбиды хрома по границам зерен переходят в твердый раствор.
3.Применение стабилизирующего отжига при 750 - 900 0С, при этом происходит выравнивание концентрации хрома по зерну и по границам зерен.
4.Легирование сталей стабилизирующими карбидообразующими элементами - титаном, ниобием, танталом. Вместо карбидов хрома углерод связывается в карбиды титана, тантала, ниобия, а концентрация хрома в твердом растворе остается постоянной.
5.Создание двухслойных сталей - аустенитно-ферритных.
Точечная и язвенная коррозия нержавеющих сталей часто встречается при эксплуатации изделий в морской воде. Это связано с адсорбцией хлор - ионов на некоторых участках поверхности стали, вследствие чего происходит локализация коррозии. Легирование молибденом резко увеличивает сопротивляемость металла действию хлор - ионов.
Для изделий из нержавеющей стали сложных конструкций, имеющих щели, зазо-
ры, карманы, характерна щелевая коррозия. Ее механизм связан с затруднением
диффузии кислорода или другого окислителя или анодных замедлителей коррозии в труднодоступные участки конструкции, вследствие чего на этих участках сталь переходит в активное состояние. Методы борьбы с этим видом коррозии сводятся, прежде всего, к устранению зазоров, карманов, щелей, контактов стали с неметаллическими материалами, т.е. к конструктивным мерам. Весьма эффективно также увеличение концентрации окислителя или анодных замедлителей в растворе.
Коррозионная стойкость нержавеющих сталей может быть значительно повышена методами легирования, применения оптимальных режимов термической, механической и химико-термической обработки сталей. Наиболее эффективным является увеличение содержания хрома и снижение содержания углерода. Значительно повышается коррозионная стойкость сталей при введении никеля, молибдена, меди, титана, тантала, ниобия, а также палладия и платины. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в значительной степени определяется защитными свойствами поверхностной пассивной пленки, которые зависят от состава стали и качества обработки поверхности. Наибольшая коррозионная стойкость в атмосферных условиях достигается в полированном состоянии поверхности стали.
Для защиты сталей от окисления используются термодиффузионные способы на-
сыщения поверхности стали металлами, повышающими жаростойкость (хромирование, алитирование, силицирование).
Известно большое количество способов защиты металлических поверхностей от коррозионного воздействия среды. Наиболее распространенными являются следующие:
Гуммирование - защитное покрытие на основе резиновых смесей с последующей их вулканизацией. Покрытия обладают эластичностью, вибростойкостью, химической стойкостью, водо- и газонепроницаемостью. Для защиты химического оборудования применяют составы на основе натурального каучука и синтетического натрий-бутадиенового каучука, мягких резин, полуэбонитов, эбонитов и других материалов.
Торкретирование - защитное покрытие на основе торкрет-растворов, представляющих собой смесь песка, кремнефторида натрия и жидкого стекла. Механизированное пневмонанесение торкрет-растворов на поверхность металла позволяет получить механически прочный защитный слой, обладающий высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам.
Лакокрасочные покрытия - широко применяются для защиты металлов от коррозии, а неметаллических изделий - от гниения и увлажнения. Представляют собой жидкие или пастообразные растворы смол (полимеров) в органических растворителях или растительные масла с добавленными к ним тонкодисперсными минеральными или органическими пигментами, наполнителями и другими специальными веществами. После нанесения на поверхность изделия образуют тонкую (до 100 - 150 мкм) защитную пленку, обладающую ценными физико-химическими свойствами. Лакокрасочные покрытия для металлов обычно состоят из грунтовочного слоя, обладающего антикоррозионными свойствами и внешнего слоя - эмалевой краски, препятствующей проникновению влаги и агрессивных ионов к поверхности металла. С целью обеспечения хорошего сцепления (адгезии) покрытия с поверхностью ее тщательно обезжиривают и создают определенную шероховатость, например, гидро - или дробе - и пескоструйной обработкой.
|
|
Лакокрасочные покрытия термостойкие - покрытия способные выдерживать температуру более 100 °С в течение определенного времени без заметного ухудшения физико-механических и антикоррозионных свойств. В зависимости от природы пленкообразующего компонента различают следующие виды термостойких лако-
красочных покрытий:
- этилцеллюлозные - при 100 °С;
- алкидные на высыхающих маслах - при 120 - 150 °С;
- фенольно-масляные, полиакриловые, полистирольные - при 200 0С;
- эпоксидные - при 230 - 250 °С;
- поливинилбутиральные - при 250 - 280 °С;
- полисилоксановые, в зависимости от типа смолы - при 350 - 550 0С, и др.
Латексные покрытия - на основе водных коллоидных дисперсий каучукоподобных полимеров, предназначенных для создания бесшовного, непроницаемого подслоя под футеровку штучными кислотоупорными изделиями или другими футеровочными материалами. Латексные покрытия обладают хорошей адгезией со многими материалами, в том числе и с металлами. Они применяются в производствах фос-
форной, плавиковой, кремнефтористоводородной кислот, растворов фторсодержа
щих солей при температуре не более 100 °С.
Футерование химического оборудования термопластами. Защитное действие поли
мерных покрытий и футеровок в общем случае определяется их химической стойкостью в конкретной агрессивной среде, степенью непроницаемости (барьер-
|
|
ная защита), адгезионной прочностью соединения с подложкой, стойкостью к растрескиванию и отслоению, зависящей от внутренних механических свойств полимера и подложки, неравновесностью процессов формирования защитных слоев и соединений.
Наибольшее распространение при футеровании химического оборудования получили листы и пленки из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), политетрафтор
этилена (ПТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), пентапласта (ПТ) и других композиционных материалов. Для повышения физико-механических и защитных свойств, износостойкости листовые футеровочные материалы наполняют минеральными наполнителями (сажа, графит, сернокислотная обработка, ионная бомбардировка и др.). Для повышения адгезионной активности по отношению к клеям листовые материалы дублируют различными тканями.
Правильно выбранный способ антикоррозионной защиты позволит обеспечить максимальную долговечность защиты химического оборудования в конкретных условиях его эксплуатации.