ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Способы борьбы с коррозией

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:

• от содержания хрома, основного легирующего компонента, с увеличением содержания которого резко возрастает коррозионная стой­кость стали;

• содержания углерода, с увеличением которого коррозионная стойкость стали значительно снижается;

• структурного состояния сталей. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают 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;

• 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;

• температуры, при повышении которой коррозионная стойкость нержавеющих сталей резко ухудшается как в окислительных, так и в не­окислительных средах.

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 коррозией:

1. Снижение содержания углерода, вследствие чего уменьшается карбидообразование по границам зерен. Менее чувствительные - стали с содержанием углерода < 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 °С, 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, зазоры, 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.

Для защиты сталей от окисления используются термодиффузион­ные способы насыщения поверхности стали металлами, повышающими жаростойкость (хромирование, алитирование, силицирование).

Известно большое количество способов защиты металлических поверхностей от коррозионного воздействия среды. Наиболее распро­страненными являются следующие:

1. 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.

2. 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.

3. 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 добавлением к ним тонкодисперсных минеральных или органиче­ских пигментов, наполнителей и других специальных веществ. 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.

4. 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:

• этилцеллюлозные - при 100 °С;

• алкидные на высыхающих маслах - при 120... 150 °С;

• фенольно-масляные, полиакриловые, полистирольные - при 200 °С;

• эпоксидные - при 230.. .250 °С;

• поливинилбутиральные - при 250.. .280 °С;

• полисилоксановые, в зависимости от типа смолы - при 350...550 °С и др.

5. 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. Применяются в производствах фосфорной, плави­ковой, кремнефтористо-водородной кислот, растворов фторсодержащих солей при температуре не более 100 °С.

6. Футерование химического оборудования термопластами. За­щитное действие полимерных покрытий и футеровок в общем случае оп­ределяется их химической стойкостью в конкретной агрессивной среде, степенью непроницаемости (барьерная защита), адгезионной прочностью соединения с подложкой, стойкостью к растрескиванию и отслоению, за­висящей от внутренних механических свойств полимера и подложки, не - равновесностью процессов формирования защитных слоев и соединений.

Наибольшее распространение при футеровании химического обо­рудования получили листы и пленки из полиэтилена (ПЭ), полипропи­лена (ПП), политетрафторэтилена (ПТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), пентапласта (ПТ) и других композиционных материалов. Для повыше­ния физико-механических и защитных свойств, износостойкости листо­вые футеровочные материалы заполняют 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.