.

Корозійна стійкість металічних конструкційних матеріаліву нітратних розчинах (курсова робота)

Язык: украинский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
0 3906
Скачать документ

Курсова робота

Корозійна стійкість металічних конструкційних матеріаліву нітратних
розчинах

Зміст

Вступ

1.Літературний огляд корозійної стійкості металічних

конструкційних матеріалів у нітратних розчинах.

2.Дослідження корозійної стійкості вуглецевої сталі

Ст3 у розчинах нітратів калію і магнію при

температурі 20-1150С.

2.1.Методика лабораторних досліджень.

2.2.Результати досліджень корозійної стійкості вуглецевої

сталі Ст3 у 15, 30, 50% розчинах нітратів калію і

магнію при температурі 20-1150С.

Висновки.

Література.

Літературний огляд

Корозійна стійкість металічних конструкційних матеріаліву нітратних
розчинах.

В водних розчинах корозія багатьох металів часто супроводжується
виділенням водню. Корозійна активність таких розчинів сильно залежить
від рН, а також від перенапруги водню і властивостей продуктів окислення
металу. [15] Якщо останні нерозчинні, то осаджучись на поверхні металу,
вони захищають його від подальшого підходу деполяризатора. Тобто,
утворення нерозчинних продуктів корозії приводить до зниження швидкості
корозійного процесу.

РН впливає на швидкість електрохімічної корозії металів, змінюючи
потенціал катодних деполяризаційних реакцій, в яких беруть участь Н+
ОН-іони, на розчинність продуктів корозії і можливість утворення
захисних плівок на поверхні кородуючого металу, а також на перенапругу
електродних реакцій [17,18].

Всі метали по залежності швидкості електрохімічної корозії від рН
розчину можна поділити на 5 груп:

метали, достатньо стійкі як в кислих так і в лужних розчинах (Au, Pt,
Ag), швидкість корозії яких практично не залежить від рН;

метали, малостійкі в кислих, недостатньо стійкі в нейтральних і
корозійностійкі в лужних розчинах (Mg, Mn, Fe);

метали, нестійкі в кислих, але корозійностійкі в лужних розчинах (Ni,
Co, Cd).

метали, корозійностійкі в кислих, але нестійкі в лужних розчинах (Ta,
Mo, W), що обумовлено кислим характером їх захисних плівок.

метали, корозійностійкі в нейтральних розчинах, але нестійкі в кислих і
лужних розчинах (Tn, Al, Sn, Pb, Be, Cu), що обумовлено амфотерними
властивостями їх захисних окисних і гідроокисних плівок, розчинних в
кислотах і лугах.

Залежність швидкості корозії металів від рН розчинів може бути
затруднена утворенням важкорозчинних захисних плівок чи пасивуванням.
Тому, для швидкості корозії металів в кислих розчинах має важливе
значення не тільки величина рН, а й природа кислоти.

За виключенням магнію і його сплавів, всі конструкційні матеріали
кородують в розчинах солей нітратів з кисневою деполяризацією. Це
середовище являється типовим електролітом і його дія на метал має
електрохімічну природу. Тому інтенсивність процесу корозії в нейтральних
розчинах залежить від швидкості протікання катодної реакції іонізації
кисню до поверхні металу. Кисень може як позитивно, так і негативно
впливати на швидкість процесу корозії. Коли кисень використовується в
ролі деполяризатора, то спостерігається збільшення корозії металу.

Швидкість електрохімічної корозії металів в розчинах солей залежить від
природи розчинної солі і її концентрації, причому ця залежність може
бути різною:

водні розчини солей, що гідролізують, впливають на швидкість корозійного
процесу в залежності від того, зменшують вони рН розчину (наприклад,
AlCl3), чи збільшують його (наприклад, Na2CO3), тобто стає середовище
кислим чи лужним в результаті гідролізу солі, зі зміною концентрації
таких солей кислотність чи лужність зростає відповідно змінам швидкості
корозії металу;

якщо розчинна в воді сіль утворює в результаті взаємодії з продуктом
корозії важкорозчинну плівку (наприклад, плівка на свинці в розчинах
сульфатів), то швидкість електрохімічної корозії металу зменшується
порівняно з його корозією у воді, цей ефект зростає зі збільшенням
концентрації солі, але переважно до певної міри;

розчини солей, що володіють окислювальними властивостями, збільшують
швидкість електрохімічної корозії металів, якщо ці солі являються
катодними деполяризаторами (наприклад, корозія заліза в розчинах
персульфатів), і ефект зростає зі збільшенням концентрації окислювальної
солі, але якщо солі пасивують метал, то швидкість корозії сильно
знижується;

катіони і особливо аніони солей, адсорбуючись на поверхні кородуючого
металу і змінюючи будову подвійного електричного шару чи порушуючи
захисну пасивну плівку, можуть впливати на протікання електричних
процесів електрохімічної корозії металів, а відповідно і змінювати
швидкість корозії;

солі, що утворюють з іоном кородуючого металу комплекси, сильно зміщують
потенціали анодного процесу в негативну сторону і полегшують протікання
анодного процесу, зменшуючи концентраційну поляризацію, що приводить до
збільшення швидкості корозії до певної межі.

Стимуляторами або прискорювачами корозії називаються речовини, які при
введенні в корозійне середовище в незначній кількості, збільшують
швидкість корозії металів.

Анодні стимулятори – речовини, що підвищують швидкість анодного процесу
електрохімічної корозії металів:

а). активні іони (наприклад, Cl?, Br?, I?), адсорбуючись на поверхні
пасивної окисної плівки, витісняють і заміщують в ній іони кисню, що
робить її розчинною і призводить до прискорення анодного процесу;

б). комплексоутворювачі, зв’язуючи іони розчиненого металу в
слабодисоційовані комплекси, сильно зменшують їх активність і понижують
анодну концентраційну поляризацію.

Катодні стимулятори – речовини, що збільшують швидкість катодного
процесу електрохімічної корозії. Катодними стимуляторами являються іони
металів із змінною валентністю.

При корозії металів в розчинах з кисневою деполяризацією спостерігається
більш складна температурна залежність, пов’язана з дифузією кисню. Із
збільшенням температури швидкість корозії спочатку збільшується до
визначеної величини, а потім починає зменшуватися. Таке зменшення
корозійного розчинення пов’язане з зменшенням концентрації кисню в
розчині.

Основні причини прискорюючого впливу тиску на електрохімічну корозію
металів наступні:

1) зміна розчинності газів, що беруть участь в процесі корозії,
наприклад, збільшення корозії сталі в водних розчинах при підвищенні
тиску повітря, кисню чи вуглекислоти;

2) полегшення процесу гідролізу розчинних у воді солей;

3) утворення механічних напруг в металі.

Вплив швидкості руху електроліту на електрохімічну корозію металів має
складний характер. Особливо сильно цей фактор впливає на корозію металів
в нейтральних електролітах, що протікає з кисневою деполяризацією. При
збільшенні швидкості руху швидкість корозії збільшується до певної межі,
що пояснюється збільшенням підводу кисню до поверхні металу. Подальше
збільшення швидкості руху приводить до зменшення швидкості корозії,
внаслідок утворення захисної плівки. При дуже великих швидкостях руху
знову спостерігається збільшення швидкості корозії металу, що
пояснюється руйнуванням захисної плівки металу.

В агресивних середовищах зі значними концентраціями активних аніонів
пасивація не наступає і тому зниження швидкості корозії металів із
збільшенням швидкості руху електроліту не спостерігається.

На корозію металу в кислих середовищах, що протікає з водневою
деполяризацією, швидкість руху електроліту менше впливає, ніж в
нейтральних середовищах [17].

Великий вплив на корозійний процес має наявність в розчині тих чи інших
іонів, що сприяють активуванню чи пасивуванню металічних матеріалів.
Так, процес активування поверхні хлорид-іонами носить адсорбційний
характер. Адсорбовані іони хлору витісняють з поверхні металу
кисень[16], що порушує його пасивний стан. Тому активування легше всього
пройде там, де кисень менш сильно зв’язаний з поверхнею металу.
Активування чи пасивування сплаву повинно залежати від того, які іони
адсорбуються поверхнею. При достатній концентрації пасивуючих іонів,
котрі легше адсорбуються, ніж іони хлору, останні можуть бути витіснені
з поверхні металу, або їх концентрація настільки знижена, що активування
металу не пройде. Встановлено, що нітрат-іони (NO3?) сприяють пасивації
металів в розчинах хлоридів і призводять до зростання швидкості
корозії[4,10,19].

Структура і властивості вуглеводневих сталей визначається вмістом в них
вуглецю. Швидкість корозійного руйнування залежить від характеру
утворених продуктів корозії, розчинних чи нерозчинних в даному
середовищі, тобто типом утвореної оксидної плівки[19].

Так, при більш низьких температурах утворюється оксидна плівка Fe3O4, а
при високих – Fe2O3, що прискорює корозійний процес.

Корозія маловуглецевих сталей в розчинах нітратів проходить як в
присутності пасивної плівки Fe3O4, так і плівки Fe2O3. Захисна плівка
Fe3O4 зменшує здатність до корозії за рахунок блокування тріщин в
металі. Утворення плівки Fe2O3 сприяє розтріскуванню сталі.

Зародження тріщин в металі пов’язане з утворенням твердого розчину
вуглецю, який і приводить до збільшення швидкості міжкристалітної
корозії. Тобто, вуглець, з однієї сторони чинить тормозну дію на
корозію, сприяє осадженню магнетита (Fe3O4) на кородуючій поверхні
заліза, і з другої сторони – сильно знижує захисні властивості пасивної
плівки Fe2O3, і пришвидшує корозію заліза в пасивному стані.

Утворення окисної плівки в нітратному розчині проходить в широкому
інтервалі потенціалів згідно реакції:

10Fe + 6NO3- + 3H2O ? 5Fe2O3 + 6OH -+ 3N2.

Підвищення вмісту вуглецю в промислових сталях збільшує їх корозійну
стійкість в розчинах нітратів. Розвиток міжкристалітної корозії в
концентрованих розчинах нітратів кальцію (Ca2+) і амонію (NH4+)
пояснюється тим, що границі зерен вуглеводневої сталі залишаються
активними в результаті адсорбції на них іонів NO3- [43]. З пониженням
вмісту вуглецю в сталі, здатність її до міжкристалітної корозії
збільшується. Чисті залізо і сталь, стабілізовані вуглецем і азотом,
стійкі до міжкристалітного руйнування, так як чутливість до
розтріскування залежить від розприділення і стану вуглецю.

Підвищення стійкості заліза і маловуглецевих сталей в розчинах нітратів
проти розтріскування частково обумовлене збільшенням пластичності
металу, виділення і росту карбідів. Так, легування низьковуглецевих
сталей карбідоутворюючими елементами (хромом, молібденом, алюмінієм і
титаном) підвищує їх корозійну стійкість проти розтріскування, тоді як
легування марганцем понижує цю стійкість.

Механізм транспасивного розчинення маловуглецевих сталей в розчинах
нітратів зводиться до наступного: на початковій стадії цього розчинення
поверхня сталі покривається щільною електропровідною плівкою Fe3O4, далі
проходить поступове розчинення плівки в результаті міжкристалітної
корозії, визваної адсорбуванням аніонів NO3, після розчинення плівки
починається розчинення сталі з великою швидкістю.

Корозійна стійкість сталі в розчинах у великій мірі залежить від складу
сплаву. Так, чим більший вміст Ni в сталі, тим важче вона піддається
піттінговій корозії[12,13]. При дослідженні корозійних властивостей
нікелю в розчинах нітратів показано, що у випадку чистого нікелю,
нітрати діють як стимулятори піттінгової корозії тільки в присутності
хлор-іонів. Здатність до піттінгової корозії сплавів Ni-Co зростає зі
збільшенням вмісту кобальту (Со) в сплаві, навіть в розчинах чистих
нітратів.

Більший вплив на корозійні властивості сталей має введення в них хрому.
Так як хром відноситься до самопасивуючих металів, то при механічному
пошкодженні пасивної плівки проходить її самовільне відновлення. На
поверхні сталі утворюється захисний шар, нерозчинний в агресивних
середовищах азотної кислоти. Якщо окисленість середовища збільшується,
то пасивність хромистих сталей зростає до певної межі. При збільшенні
концентрації азотної кислоти більше 80% корозія цих сталей посилюється.
Хімічна стійкість хромистих сталей особливо покращується при введенні в
них більше 10-12% хрому. Чим більше вуглецю в сталі, тим більше хрому
затрачається на утворення карбідів[3].

Вивчення корозійної стійкості конструкційних металічних матеріалів
(ВТ1-0, Х18Н10Т, Х25Т, Х17Н13М2Т, ОХ21Н6М2Т) в розчинах нітрату амонію
(рН=8,3) показало, що сталь Х17Н13М2Т забруднює розчин домішками титану
і заліза, а титан частково, в невеликих кількостях, переходить в
розчин[14]. Сталі Х18Н10Т, Х25Т і ОХ21Н6М2Т практично не забруднюють
розчин нітрату.

Відносно корозійної стійкості сталей Х13 і 1Х18Н10Т в розчинах нітратів
(легованих молібденом і хромом), то найбільш широку область
піттінгоутворення має сталь Х13 і найбільш вузьку – Х18Н10Т, так як
збільшення вмісту хрому сприяє зменшенню потенціалу піттінгоутворення, а
сталі, леговані молібденом, підвищують потенціал піттінгоутворення.

Сталі типу 1Х13, 2Х13 і 3Х13 піддаються корозійному розтріскуванню в
середовищі нітрату калію при підвищених температурах[7]. При введенні в
розчин іонів хлору ці сталі сильно порушуються, даючи різко виражений
локальний вид корозії[3,21]. Депасивація хромистих сталей проявляється
при наявності в середовищі аніонів-активаторів, які порушують цілісність
пасивної плівки і сталь піддається корозії, причому вона носить точковий
характер[1,5].

Хромонікелеві сталі типу Х18Н9 і Х18Н10 стійкі в азотній кислоті при
концентрації не вище 80% і температурі до 700С[11]. Так як в
окислювальних середовищах хромонікелеві сталі пасивуються, то сталі типу
Х18Н10Т являються основним конструкційним матеріалом для апаратурного
оформлення процесу одержання азотної кислоти і селітрових добрив.

Встановлено, що із збільшенням рН та концентрації іонів SO42? i NO3?,
потенціал піттінгоутворення і діркової корозії нержавіючих сталей в
розчинах хлоридів зміщується в позитивну сторону, особливо при дії іону
SO42?. Іон NO3? – самий ефективний пасиватор проти точкової
корозії нержавіючої сталі в нейтральних хлорвмісних середовищах. Якщо в
розчині присутні тільки іони SO42? i NO3?, то проходить майже повна
пасивація сталі і корозія їх практично рівна нулю. Пасивуючі властивості
сульфат-іона сильніше проявляються в кислотному електроліті, ніж в
нейтральному.

Встановлено, що іони Cu2+ i Fe2+, окислення яких протікає переважно з
відновленням NO3? доNO2? в кислотному середовищі хлорид-нітратів, вказує
замінений вплив на накопичення NO2- в розчині. При саморозчиненні
нержавіючих сталей в хлорид-нітратних розчинах, утворені іони NO2- не
являються кінцевим продуктом, а спостерігається виділення газової фази –
N2O, NO i N2. З допомогою хроматографічних досліджень виявлено, що іони
Cu3+ відновлюють NO3- з переважаючим вмістом в газовій фазі N2O (до
60%), а іони Fe2+ – NO (до 75%).

Титан стійкий в азотній кислоті любих концентрацій при температурі до
5000С. Відмічається, що азотнокислі конденсати в основному більш
агресивні для титану, ніж відповідні розчини, які в результаті досить
слабкої концентрації іонів Ті4+ виявляють властивості інгібіторів.
Найбільша корозія титану спостерігається в 40-60% розчинах азотної
кислоти. Швидкість корозії титану в азотній кислоті знижується при
додаванні кремній-органічних сполук, каоліну або силікатного масла. В
розчинах хлоридів титан здатний пасивуватися за рахунок утворення
гібридних плівок. Добавка іонів SO42? в розчини хлоридів веде до
збільшення корозії титану.

Корозія починається з поверхні металу і при подальшому розвитку цього
процесу поширюється в глибину. Метал при цьому може частково або
повністю розчинятися (наприклад, цинк в соляній кислоті) або ж можуть
утворюватись продукти корозії у вигляді осаду на металі (наприклад, іржа
при корозії заліза у вологій атмосфері, гідроксид при корозії цинку у
воді). Іноді корозійні процеси протікають із зміною фізико-механічних
властивостей металів і сплавів (втратою металічного зв’язку, різким
зниженням металічної міцності внаслідок порушення зв’язку по границях
кристалів).

Корозію слід відрізняти від ерозії – поверхневого механічного
руйнування металу.

Типовим прикладом ерозії є зношування деталей машин, що труться. Іншим
прикладом ерозії може служити процес звичайної шліфовки металу.

Якщо хочуть виразити відношення даного металу до корозії, говорять про
велику чи малу корозійну стійкість; крім цього терміну існує ще термін
хімічна стійкість, який використовується у тому ж розумінні.

Корозійна стійкість даного металу може виражатись не лише якісно з
використанням сильна, слабка, середня або ж шляхом опису зовнішнього
вигляду і властивостей кородованого за даний час зразка або вибору, але
і кількісно. Кількісне вираження корозії або корозійної стійкості
зводиться до прямого чи непрямого визначення кількості металу,
зруйнованого за час корозії, тобто за час дії даних корозійних агентів.

Поняття корозія і корозійна стійкість не мають абсолютного значення.
Метал, корозійностійкий в одних умовах, може бути нестійкий в інших.
Так, наприклад, мідь – досить стійкий метал у звичайній воді, але зовсім
нестійкий в розчинах аміаку, нержавіюча сталь 18-8 має високу хімічну
стійкість на повітрі, в азотній кислоті і у багатьох інших реагентах,
але швидко руйнується в розчинах соляної кислоти, особливо при
підвищеній температурі.

Таким чином кількісна і якісна оцінка корозійної стійкості має відносне
значення і дійсна по відношенню до певних умов корозії. Навіть такий
благородний метал, як платина, що являється одним з найбільш стійких в
корозійному відношенні, все ж нестійкий в деяких середовищах, наприклад
в царській водці (суміш HCl+HNO3).

Отже, поняття активний і пасивний метал є відносним. Один і той же
метал може бути активним, тобто підлягати корозійній дії середовища в
одних умовах і стати пасивним, тобто корозійностійким – в інших. Так,
хром являється активним і легко розчиняється в розведеній соляній і
сірчаній кислоті і швидко стає пасивним в середовищі, що містить
окисники, наприклад, в розчині азотної кислоти.

Таким чином корозію слід розглядати як результат взаємодії середовища і
металу. Корозійні процеси відбуваються на границі розділу
метал/середовище, і, отже, їх слід віднести до гетерогенних (або
електрохімічних) реакцій, тобто реакції, що проходять на границі розділу
фаз. Відомо, що подібні реакції мають цілий ряд особливостей порівняно
зі звичайними гомогенними реакціями, коли хімічні перетворення
розвиваються по всій масі вступаючих у взаємодію реагентів. Механізм
гетерогенної реакції складний і часто може бути відкритий лише після
детального вивчення процесу і врахуванням чисельних діючих факторів.

Руйнування металічних конструкцій апаратів, конструкцій трубопроводів і
інших металічних виробів може бути викликано різними причинами. Однак
основною причиною, що викликає корозне руйнування металів і сплавів, є
протікання на їх поверхні електрохімічних або хімічних реакцій внаслідок
дії зовнішнього середовища. В залежності від характеру цих реакцій
корозійні процеси відбуваються по двох механізмах – електрохімічному і
хімічному.

До хімічної корозії відносяться процеси, що протікають при
безпосередній хімічній взаємодії між металом і агресивним середовищем і
не супроводжуються виникненням електричного струму. Цей вид корозії
являється хімічною гетерогенною реакцією рідкого і газоподібного
середовища з поверхнею металу. По хімічному механізму на металічну
поверхню діють:

а) сухі гази і пари при неможливості конденсації вологи на поверхні
металу (газова корозія);

б) рідкі неелектроліти, тобто рідини, що не проводять електричний струм
(спирти, мінеральні масла і різні органічні сполуки).

Газова корозія зазвичай спостерігається при високих температурах
(окислення металів киснем повітря при нагріванні). В більшості випадків
при газовій корозії на поверхні металів утворюється шар оксидів.
Механізм газової корозії зводиться до двосторонньої дифузії діючого
середовища і атомів металу через цей шар оксидів.

До електрохімічної корозії, що являється гетерогенною електрохімічною
реакцією, відносяться корозійні процеси, що протікають у водних розчинах
електролітів, вологих газах, розплавлених солях і лугах. При
електрохімічній корозії процес розчинення металу супроводжується появою
електричного струму, тобто впорядкованим рухом електронів і іонів від
однієї ділянки металу до другої. При цьому електричний струм виникає
внаслідок протікання процесу корозії металу, а не за рахунок його
підводу від зовнішнього джерела.

Одна з принципових відмінностей між цими двома механізмами корозії
металів полягає в тому, що при електрохімічній корозії одночасно
відбувається два процеси: окислення (розчинення металу на одній ділянці)
і відновлення (виділення катіону з розчину, відновлення кисню і інших
окисників на другій ділянці металу). Наприклад, в результаті розчинення
цинку в сірчаній кислоті утворюються іони цинку і виділяється
газоподібний водень; при дії води залізо переходить в оксидний або
гідрооксидний стан і відновлюється кисень з утворенням гідроксильних
іонів. При хімічній корозії руйнування металічної поверхні здійснюється
без поділу на окремі стадії і, крім того, продукти корозії утворюються
безпосередньо на тих ділянках поверхні металу, де проходить його
руйнування.

Але такий поділ корозійних процесів є дещо умовним, так як корозія, що
протікає по одному механізму часто міняє його на інший. Наприклад,
електрохімічна корозія заліза в парах води при підвищеній температурі
переходить в хімічну, а в рідині, що є неелектролітом, хімічна корозія в
присутності вологи переходить в електрохімічну. Не дивлячись на це,
прийнято поділ корозійних процесів на хімічні і електрохімічні, бо так
зручніше при теоретичному і практичному розгляді процесів корозії.

Поряд з руйнуванням металічних конструкцій, викликаних вказаними вище
причинами, нерідко спостерігається зношування металічних виробів із-за
поступового їх стирання. Таке руйнування металічної поверхні називають
ерозією металів. Не завжди вдається розділити явище корозії і ерозії
металів. Особливо це важко зробити в умовах експлуатації машин і
апаратів в хімічній промисловості, коли процеси корозії і ерозії часто
протікають паралельно, наприклад, при роботі мішалок, насосів,
трубопроводів і ін.

Так як в більшості технологічних процесів хімічних виробництв в
основному переважають розчини електролітів, то процеси електрохімічної
корозії являються в цих виробництвах основними, найбільш значимими по
руйнуючій дії на метали.

Електрохімічна корозія в залежності від характеру агресивного
середовища і умов протікання може бути:

кислотна (в розчинах кислот);

лужна (в розчинах лугів);

солева (у водних розчинах солей);

в розплавлених солях і лугах;

атмосферна (в атмосфері повітря або любого іншого газу), цей найбільш
поширений вид корозії;

грунтова (під дією на метал грунту); цьому виду корозії підлягають
трубопроводи і інші підземні споруди;

корозія зовнішнім струмом або електрокорозія (під впливом струму від
зовнішнього джерела); корозія що спостерігається у підземних споруд і
обумовлена тим, що частина струмів, відгалужуючись з електроустановок,
проходить через землю в споруди, що знаходяться в ній; цей вид корозії
спостерігається також в електролізних цехах;

контактна (викликана контактом двох різнорідних металів, що мають різні
потенціали).

По характеру корозійні руйнування можна класифікувати таким чином:

Суцільна корозія.

Корозія рівномірно розподіляється на всю поверхню металу. До цього типу
належать, наприклад, численні випадки корозії заліза на відкритому
повітрі, поверхня залізного виробу чи конструкції в цьому випадку
покрита рівномірним шаром іржі. Після видалення продуктів корозії
виявляється, що поверхня металу, що була до корозії гладкою, стала
шершавою, в більшій чи меншій мірі залежить від того, як довго і в яких
умовах проходила корозія. До суцільної корозії відносяться також багато
випадків корозії при дії на метал сильних хімічних реагентів, наприклад,
кислот. Продукти корозії при цьому, звичайно, не залишаються на металі і
поверхня приймає травлений вигляд.

Місцева корозія або корозія плямами.

Руйнування, викликані корозією, займають не всю площу, а залишають
більші або менші ділянки поверхні металу, не захоплені корозією. Корозія
має вигляд плям неправильної форми, розкиданих на кородуючій поверхні.
При описанні випадків місцевої корозії важливо вказати, яку приблизно
частину всієї поверхні займають корозійні плями, оскільки це дає
уявлення про ступінь зосередженості корозії. Глибина місцевих уражень
також є важливою характеристикою корозійного руйнування. Тут можуть
зустрічатись два основних типи. Перший тип показує, що корозійна пляма в
перерізі має всюди майже однакову глибину. Другому типу відповідає пляма
рівномірної глибини з окремими значно більш глибокими ділянками. Перший
тип при розвитку корозії часто переходить в другий. Зрозуміло, що другий
тип більш небезпечний.

3. Якщо корозійна пляма має порівняно обмежену площу, але глибина її
велика, то такий вид руйнування виділяють в окремий тип, що називається
піттінгом, або корозійною виразкою. Переріз через корозійну виразку
показує, що вона являється відносно глибокою, іноді наскрізною “ямою” в
металі з різко окресленими краями. Іноді, особливо якщо виразка
розміщена в зоні корозійної плями, краї її чітко не обмежуються.
Справжній розмір руйнування металу у випадку корозійної виразки може
бути більшою мірою визначений тільки після ретельного видалення
продуктів корозії, які часто заповнюють корозійну виразку і цим маскують
її глибину.

4. Іноді ділянка, вражена корозією скорочується до розмірів “крапки”,
тобто до 0,7-1,2 мм. Корозійні крапки розкидані по поверхні, враженій
корозією, на деякій відстані одна від одної. Нерідко корозійна “крапка”
має вигляд невеликої плямки, в свою чергу оточеної кільцем або кільцями.

Глибина корозійної “крапки” може змінюватись в досить широких межах –
від неглибоких ямок до повного “прошивання” крапкою металу наскрізь. В
останньому випадку корозія носить назву окрізної або “перфоруючої”.

Неважко зрозуміти, що тип 3, 4 представляє собою тип 2 з прогресивно
зменшеним розміром плями, а отже, зі збільшенням зосередженості і,
відповідно, інтенсивності корозії.

5.Особливий тип корозійного руйнування являє собою міжкристалітна
корозія. В цьому випадку корозія поширюється вглибину металу по границях
кристалів, що складають метал. Корозія руйнує границі між кристалітами і
продукти корозії знаходяться тут же, залишаючись таким чином всередині
металу. Часто цей вид корозії не змінює зовнішнього вигляду виробу.
Однак метал, ніби здоровий по вигляду, є іноді настільки зруйнований
міжкристалітною корозією, що не в стані витримати деякі серйозні
механічні навантаження (особливо удари) і легко може бути розломаний
руками. Тому, міжкристалітна корозія є найбільш небезпечний вид корозії.
Особливо часто цьому виду корозії підлягають алюмінієві сплави.

6.Особливий тип руйнування представляє також так звана підповерхнева
корозія, що часто зустрічається на алюмінієвих сплавах. У цьому випадку
корозійне вогнище приховане під поверхнею металу і з’єднане вузьким
ходом, по якому і просувалась дія корозійного агента.

Різні види корозійних руйнувань не виключають один одного і часто
присутні на одній металічній поверхні одночасно. Наприклад, суцільна
корозія може супроводжуватись міжкристалітною. Буває і так, що одна
частина поверхні зайнята суцільною корозією, а друга – корозійними
плямами. Взагалі можливі самі різноманітні комбінації типів корозійного
руйнування.

2.Дослідження корозійної стійкості вуглецевої сталі Ст3

у розчинах нітратів калію і магнію при температурі 20-115оС

2.1.Методика лабораторних досліджень.

Дослідження корозійної стійкості вуглецевої сталі Ст3 у водних розчинах
нітратів калію і магнію проводили на спеціально зібраній установці.
(Рис.2.1). Конструкція її дозволяє проводити одночасно дослідження до
30-40 зразків при різних температурах. Підтримання постійного рівня
розчину і постійної його концентрації досягалось застосуванням
зворотнього холодильника. Завдана температура агресивного середовища
підтримувалась автоматично спеціальним пристроєм від контактного
термометра. Тривалість досліджень складала 200-240 год. При температурах
20, 40, 60, 80, 100,115оС.

Розчини готувались із реактивів KNO3 i Mg(NO3)2·6H2O марки “ч.д.а.” (в
стехіометричному співвідношенні 2:1) наступних концентрацій: 15, 30 і
50%.

Зразки для досліджень були виготовлені у вигляді пластинок розміром
50х20х2(мм). Перед дослідженням їх очищали від продуктів корозії в
5%-ному розчині соляної кислоти, інгібітованої уротропіном (з розрахунку
3 г уротропіну на 1 л кислоти). Після промивки зразки обезжирювали
ацетоном, висушували, вимірювали площу поверхні і зважували на
аналітичних вагах з точністю до 0,0001 г.

Після дослідження зразки очищались від товстого нальоту іржі і
оброблялись в 5% розчині інгібітованої соляної кислоти. Потім пластинки
промивались водою, обезжирювались ацетоном, висушувались і зважувались.

Кількісна величина корозії характеризувалась втратою маси “А” в г/м2
поверхні пластини і визначалась за формулою:

(1)

де: G – початкова маса пластинки, в г;

Gt – маса пластинки після дослідження;

S – площа поверхні зразка, в м2;

Kt – поправочний коефіцієнт, в г/м2.

Швидкість корозії К в г/м2 . год. і величина проникності мм/рік
визначались по формулі:

(2)

(3)

де: t – час корозійних досліджень, год;

( – густина металу, г/см3;

8,76 – перевідний коефіцієнт.

2.2. Результати досліджень корозійної стійкості вуглецевої сталі Ст3 у
15, 30, 50% розчинах нітратів калію і магнію при температурі 20 / 1150
С.

Результати корозійних досліджень вуглецевої сталі Ст3 у 15, 30, 50%-них
розчинах нітратів калію і магнію при різних температурах представлені в
табл.2.1. Аналіз результатів досліджень стосовно табл.2.1 показує, що із
збільшенням концентрації розчинів нітратів калію і магнію, а також
зростанням температури швидкість корозії вуглецевої сталі Ст3
збільшується. При цьому встановлено, що в інтервалі температур 20 – 800С
вуглецева сталь Ст3 підлягає рівномірній корозії, яка з підвищенням
концентрації суміші нітратів калію і магнію дещо збільшується, що вказує
на підвищення агресивності нітрат-іонів, поскільки, згідно літературних
даних, розчинність кисню з підвищенням концентрації солей падає і, отже
він не може служити ініціатором корозії. Так, наприклад, швидкість
корозії вуглецевої сталі Ст3 при 200С і концентрації розчину 15%
становить 0,0839 мм/рік і в даному випадку ця сталь по групі стійкості
відноситься до стійких конструкційних матеріалів. При збільшенні
концентрації спостерігається збільшення швидкості корозії і вже при
концентрації розчину 50% ця сталь відноситься до понижено стійких
конструкційних матеріалів.

При збільшенні температури спостерігається, ще більше зростання
швидкості корозії і при заданих концентраціях в інтервалі температур 40
– 800С вуглецева сталь Ст3 по групі стійкості також відноситься до
понижено стійких конструкційних матеріалів.

Із табл. 2.1 – 2.3 видно, що при 1000С зі збільшенням концентрації
розчинів нітратів змінюється як стійкість вуглецевої сталі, так і сам
характер корозії. В 15 – 30% водних розчинах нітратів калію і магнію Ст3
піддається рівномірній корозії, швидкість якої не перевищує 0,7 мм/рік.
По глибинному показнику корозії вона відноситься до понижено стійких
конструкційних матеріалів. В 50% ж розчині нітратів Ст3 відноситься до
малостійких конструкційних матеріалів (П=1,1254 мм/рік), а поверхня
металу піддається виразковій корозії.

З практичної точки зору найбільший інтерес представляють розчини
нітратів калію і магнію 50% концентрації, що киплять при температурі
1150С. Так згідно технологічної схеми одержання азотно-калійно-магнієвих
добрив, розчини нітратів калію і магнію після відповідної підготовки,
піддаються випарці при 1200С і подальшому обезводненню при 155-2200С. З
цією метою нами проведені дослідження корозійної стійкості вуглецевої
сталі в 50% розчині нітратів калію і магнію при 1150С. Результати
корозійних досліджень представлені в табл. 2.4.

Як видно з табл. 2.4 швидкість корозії Ст3 при 1150С в два рази вища,
ніж при 1000С. Вуглецева сталь при 1150С піддається виразковій корозії.
По балу корозійної стійкості і групі стійкості вона відноситься до
малостійких конструкційних металічних матеріалів і без антикорозійного
захисту непридатна для арматурного оформлення даного технологічного
процесу.

В табл. 2.4. представлені результати корозійних досліджень вуглецевої
сталі в 50% розчині нітратів калію і магнію з домішками хлоридів і
сульфатів при 1150С. Із табличних даних видно, що Ст3 піддається
виразковій корозії і відноситься до малостійких конструкційних
матеріалів (П = 4 мм/рік).

Згідно технології одержання нітрокалімагу, добрива містять домішки
хлоридів натрію і сульфатів кальцію (до 0,5% NaCl і 3% CaSO4). Тому
великий інтерес представляють вивчення корозійної стійкості вуглецевої
сталі в 50% водному розчині нітратів калію і магнію з домішками хлориду
натрію і сульфату кальцію.

В табл. 2.5. наведені порівняльні дані швидкості корозії вуглецевої
сталі Ст3 в 50% розчині нітратів калію і магнію з різним вмістом
домішків хлоридів і сульфатів в температурному інтервалі 20 – 1000С.

Із табличних даних і рис. 2.2. видно, що домішки хлориду натрію до 0,5%
NaCl i сульфату кальцію – до 3% CaSO4 незначно впливають на корозійний
процес. Причому хлориди при такій концентрації проявляють частково
властивості інгібіторів, що добре узгоджується з літературними даними.
Як видно з рис. 2.2. швидкість корозії вуглецевої сталі Ст3 зі
збільшенням температури до 800С змінюється незначно. Вище температури
800С корозія Ст3 значно посилюється. Причому, найбільш виражений
максимум швидкості корозії має місце при сумісній присутності в розчині
домішків хлоридів і сульфатів (0,5% NaCl i 3% CaSO4). По мірі збільшення
концентрації домішків сульфату кальцію в 50% розчині нітратів калію й
магнію і постійній концентрації хлориду натрію (0,5% NaCl) швидкість
корозії Ст3 зі зростанням температури посилюється.

Табл. 2.1.

Результати корозійних досліджень вуглецевої сталі Ст3

в 15%-ному розчині нітратів калію і магнію.

Температура,

0С 2KNO3 – Mg(NO3)2

П, мм/рік Група

стійкості Характер

корозії

20 0,0893 Стійка Рівномірна

40 0,00997 Стійка Рівномірна

60 0,1631 Понижено стійка Рівномірна

80 0,2413 Понижено стійка Рівномірна

100 0,5598 Понижено стійка Рівномірна

Табл. 2.2.

Результати корозійних досліджень вуглецевої сталі Ст3

в 30%-ному розчині нітратів калію і магнію.

Температура,

0С 2KNO3 – Mg(NO3)2

П,

мм/рік Група

стійкості Характер

корозії

20 0,0893 Стійка Рівномірна

40 0,1007 Понижено стійка Рівномірна

60 0,1820 Понижено стійка Рівномірна

80 0,2640 Понижено стійка Рівномірна

100 0,6575 Понижено стійка Рівномірна

Табл. 2.3.

Результати корозійних досліджень вуглецевої сталі Ст3

в 50%-ному розчині нітратів калію і магнію.

2KNO3 – Mg(NO3)2

Температура,

0С П,

мм/рік Група

стійкості Характер

корозії

20 0,1021 Понижено стійка Рівномірна

40 0,1283 Понижено стійка Рівномірна

60 0,1962 Понижено стійка Рівномірна

80 0,3911 Понижено стійка Частково-виразкова

100 1,1254 Мало стійка Частково-виразкова

Табл. 2.4.

Результати корозійних досліджень вуглецевої сталі Ст3

в 50%-ному розчині нітратів калію і магнію при 1150С.

К,

г/м2 год.

П,

мм/рік.

Бал

корозійн.

стійкості

Характер

корозії

Група

стійкості Примітка

(зовнішн.

вигляд

захисної

плівки)

Без

Домішок

2,5117

2,8206

8

Виразко-

вий

Мало-

стійка

Червоно-

бурий

колір

З доміш-

ками

хлоридів

(0,5% NaCl)

сульфатів

(3% СaSO4)

3,2068

3,6013

8

Виразко-

вий

Мало-

стійка

Червоно-

бура

ржавчина

Табл. 2.5.

Порівняльні дані швидкості корозії вуглецевої сталі Ст3

в 50%-ному розчині нітратів калію і магнію

з різним вмістом домішок хлоридів і сульфатів.

Темпера-тура,

0С Швидкість корозії П, мм/рік

50%

розчин без

домішок Концентрація домішок в розчині, у ваг.%

0,5%

NaCl

3%

CaSO4 0,5% NaCl

0,5%

CaSO4 0,5%

NaCl

2,5%

CaSO4 0,5%

NaCl

3% CaSO4

20 0,1021 0,1014 0,1273 0,1637 0,1980 0,2296

40 0,1283 0,1129 0,1362 0,2011 0,2183 0,2657

60 0,1962 0,1638 0,1978 0,2457 0,3317 0,3840

80 0,3911 0,3820 0,3982 0,4360 0,5746 0,7991

100 1,1254 1,0045 1,2530 1,5332 1,7358 2,4329

Висновки

1.Проведено дослідження корозійної стійкості вуглецевої сталі Ст3 в
агресивних розчинах нітратів калію і магнію різної концентрації.
Встановлено, що із збільшенням концентрації нітрат-іонів швидкість
корозії сталі зростає, що вказує на підвищення їх агресивності,
поскільки кількість кисню в розчині зменшується і він не може служити
ініціатором корозії. При цьому спостерігається зміна характеру корозії
від рівномірної при дослідженнях в 15% і 30% розчинах нітратів калію і
магнію до виразкової – в 50% розчині нітратів.

2.З підвищенням температури швидкість корозії вуглецевої сталі зростає,
що відповідає загальним кінечним закономірностям електрохімічної
корозії. При цьому міняється її характер від рівномірної при 20-600С до
виразкової при 80-1000С.

3.Корозія вуглецевої сталі у водних розчинах нітратів калію і магнію зі
збільшенням процентного вмісту домішок хлориду натрію і сульфату кальцію
посилюється. При цьому вуглецева сталь підлягає виразковій корозії і при
відсутності антикорозійного захисту не може застосовуватися у якості
конструкційного матеріалу для апаратурного оформлення виробництва
безхлорних азотно-калійних добрив.

Література

1. Акимов Г.В. «Основы учения о коррозии и защите металлов.»- М.:

Металлургиздат, 1946.

2. Антоновская Э.И., Поздеева А.А., Овчинников Н.Н. «Защита металлов»,

1967, 3, № 1, 62-64.

3. Бабаков А.А., Приданцев М.В. “Коррозийные стали и сплавы”. – М.:

Металлургия, 1971.

4. Василенко И.И., Мелехов Р.К. “Коррозионное растрескивание
сталей”.-К.:

Наукова думка, 1977, 143-158.

5. Веденкин С.Г. “Коррозионные свойства металлов и сплавов”,- М,:

Металлургиздат, 1952.

6. Гавриленко А.Г. в сб. “Тезисы доклада УШ конф.по защите металлов от

коррозии.” – Пермь, 1974, 55-56.

7. Дятлова В.Н. “Коррозионная стойкость металлов и сплавов.” – М.:

Машиностроение, 1964.

8. Эрмлер Б.В. “Труды 2-й конференции по коррозии металлов.” 1943,2,52.

9. Жук Н.П. “Курс теории коррозии и защиты металлов.” – М.:

Металлургия, 1976.

10. Кузуб В.С., Новицкий В.В. “Защита металлов.” 1976, 12, № 1, 52-55.

11. Локенбах А.К. и др. “Защита металлов.” 1973, № 1, 22-27.

12. Миролюбов Е.Н., Казанцев А.Н., Куртепов М.М. сб. “Коррозия

металлов и сплавов.” – М.: Металлургия, 1965.

13. Розенфельд И.Л. “Коррозия и защита металлов.” – М.: Металлургия,
1970.

14. Рябченков А.В., Герасимов В.И. “Защита металлов.” 1965, 1, № 1, 48.

15. Салей С.М., Родимцева И.Ю., Рагинская Л.К., Факеев А.А. “Защита

металлов.”, 14, № 2, 1978.

16. Скорчеллетти В.В. “Теоретические основы коррозии металлов.” – Л.:

Химия, 1970, 167.

17. Томашов Н.Д.”Теория коррозии и защиты металлов.”- М.:

АН СССР, 1959.

18. Томашов Н.Д., Мук Н.П., Титов В.А., Веденеева М.А. “Лабораторные

работы по коррозии и защите металлов.”- М.: Металлургиздат, 1961.

19. Флис Я. В сб. “Коррозия под напряжением и водородное охрупчивание.”

Научн.симпозиум, Дрезден,1975, 249-254.

20. Фокин Н.Н., Рускол Ю.С., Мосолов А.В.”Титан и его сплавы в
химической

промышленности.” – Л.: Химия, 1973, 33.

21. Шапиро Б.М. и др. “Химическое машиностроение.” 1962, № 2, 26-317.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019