Направление подготовки специалистов Химическая технология Химическое сопротивление материалов

Направление подготовки специалистов «Химическая технология» Химическое сопротивление материалов Лихачев Владислав Александрович, к. х. н. , доцент

Модуль 3. Химическое сопротивление чугунов. Слайд 8. 01 Чугуны. Виды чугунов. химическое сопротивление чугунов 1. 1. Классификация чугунов. 1. 2. Химическое сопротивление чугунов в промышленных и естественных средах

Классификация графитизированных (машиностроительных) чугунов • Серый чугун, графит в виде пластинок, ГОСТ 1412 - 85 СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20… СЧ 35. где 10, 15, 20…- предел прочности при растяжении в кг/мм 2 • Чугун с вермикулярным графитом (червеобразный), ГОСТ 18394 -89 ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45. • Ковкий чугун, графит в виде хлопьев ГОСТ 1215 -79 КЧ 30 -6, КЧ 33 -8, КЧ 35 -10, … КЧ 45 -7 … КЧ 63 -2… где 30, . . 35… -предел прочности при растяжении в кг/мм 2, 6, 8, 10… - относительное удлинение в %.

Классификация машиностроительных чугунов • Чугун с шаровидным графитом, высокопрочный чугун ЧШГ 55, ЧШГ 80, …. ЧШГ 100 (ВЧ 55, …, ВЧ 100). Графит в виде шаровых глобул. У шаровидного графита самая маленькая поверхность, поэтому это самый прочный чугун. • Антифрикционный чугун ГОСТ 1585 -85 АЧС 1, АЧВ 2, АЧК 2. (С – серый; В – высокопрочный; К - ковкий). Используется в отливках, работающих на трение • Легированные чугуны

Легированные чугуны • Кремнистые (жаростойкие и коррозионностойкие материалы): ЧС 5, ЧС 5 Ш, ЧС 13, ЧС 15, ЧС 17, ЧС 15 М 4; ЧС 17 М 3 • Алюминиевые чугуны (жаростойкие и износостойкие) ЧЮХШ, ЧЮ 6 С 5, ЧЮ 7 Х 2, ЧЮ 22 Ш, ЧЮ 30; • Марганцевые чугуны (немагнитные и износостойкие материалы) ЧГ 6 С 3 Ш, ЧГ 7 Х 4, ЧГ 8 Д 3; • Никелевые чугуны ( коррозионностойкие. износостойкие, жаропрочные, маломагнитные) ЧН 3 ХМДШ, ЧН 4 Х 2, ЧН 11 Г 7 Ш, ЧН 15 Д 7 – нирезист, жаростойкий и жаропрочный материал

Химическое сопротивление чугунов в кислых средах • Общие закономерности кислотной коррозии сходны с коррозией сталей. • Переход в область кислотной коррозии при р. Н 3 -4 Например: в сильных кислотах при р. Н=3 П> 0, 25 мм/год ( 6 балл пониженно-стойкие); • В Н 2 SO 4 , НNO 3, Н 3 PO 4 , НF пассивация при тех же концентрациях, что и у сталей • Например, в Н 2 SO 4 при С> 65% пассивация П< 0, 12 мм/год; при С=97% даже при 300 о. С П< 0, 1 мм/год, ( 5 балл –стойкие). • Наиболее опасна НCl, пассивации нет.

Химическое сопротивление чугунов в кислых средах Особенности • Однако пассивация в Н 2 SO 4 и НNO 3 не надежна, т. к. в таких кислотах растворяются Fe 3 C, фосфидные эвтектики, соединения серы. Поэтому возможна межкристаллитная коррозия с потерей прочности чугуна. • Растворы органических кислот, в том числе разбавленные опасны особенно при хорошей аэрации и повышенной температуре

Химическое сопротивление чугуна в щелочных средах • Слабые растворы щелочи – чугун не корродирует ни при каких температурах • При С> 30% образуются ферриты. При температурах до 80 о. С • П до 0, 2 мм/год (6 балл пониженно-стойкие). • В кипящих растворах щелочи в первый время П до 20 мм/год, но скорость коррозии быстро падает доходит до 1, 5 -2, 5 мм/год и ниже. • Несмотря на достаточно высокую скорость коррозии чугунов в кипящих растворах щелочи для ее упаривания часто используются чугунные котлы в связи с дешевизной чугуна, постоянным снижением скорости коррозии во времени и отсутствием локальных форм коррозии.

Химическое сопротивление чугуна в естественных средах • Основные закономерности атмосферной и подводной коррозии чугунов сходны с коррозией в этих условиях углеродистых и низколегированных сталей. • Атмосферная коррозия: сухая, влажная, мокрая. Большое влияние загрязнений атмосферы (Cl-, SO 2. . ) Торможение коррозии во времени: например для ВЧ 1 год -1, 51 г/м 2 час (П=0, 068 мм/год, 5 балл стойкие); 2 года -0, 85 г/м 2 час; 3 года – 0, 72 г/м 2 час Если сравнить коррозию стали и чугуна, то коррозия чугуна значительно ниже, чем у стали.

Подводная коррозия чугунов • Подводная коррозия: влияние р. Н, индекса Ланжелье, концентрации ионов Cl-, SO 4 -2 сохраняется. • Однако, в условиях атмосферной и подводной коррозий чугуны стоят в 2 -4 раза лучше, чем углеродистые стали. Этот эффект объясняется так называемой графитизацией чугунов. • Эффект графитизации: В чугунах количество углерода значительно выше, чем в сталях, поэтому в них существует как бы графитовый скелет. Этот скелет стабилизирует продукты коррозии, делая их более упорядоченными, что и приводит к более высокой стойкости чугунов.

Подземная коррозия чугунов • Коррозия общая (0, 038 мм/год) и местная в 10 -50 раз выше; • Общая подземная коррозия чугунов мало отличается от коррозии стали. • Наиболее опасны питтинговая и язвенная коррозии • Существенное влияние аэрационных пар; • Влияние биокоррозии; • Возможность электрокоррозии.

Подземная коррозия чугунов Вид чугуна ВЧ СЧ Время Максимальная глубина язв и испытаний, питтингов, мм год Тяжелая Анаэробная Песчанистая глина 2 5 1, 1 2, 0 1, 5 3, 9 1, 6 2. 0 3, 9 4, 8 * Сквозная коррозия чугунных труб 1, 7 3, 3 3, 5 7, 5*

Подземная коррозия чугунов • • • Выводы по таблице экспериментальных данных: Скорость подземной коррозии чугунов очень сильно зависит от грунта. Во всех глинах скорость локальной подземной коррозии чугуна велика; Со временем скорость коррозии уменьшается; Высокопрочный чугун с шаровидным графитом более устойчив; Чугунные трубы в условиях подземной коррозии требуют защиты.

Легированные кремнистые чугуны • Кремний дешевый компонент, поэтому кремнистые чугуны наиболее распространены. • Введение кремния до 13% повышает жаростойкость чугуна. (ЧС 5, ЧС 5 Ш, ЧС 13) • Введение кремния свыше 14, 25% делает чугун стойким к электрохимической коррозии (в соответствии с правилом Таммана) ЧС 15, ЧС 17; • Высокая стойкость кремнистых чугунов в электролитах связана с образованием на их поверхности защитной пленки Si. O 2 • Защитная пленка образуется не сразу, а через некоторое время.

Легированные кремнистые чугуны П мм/год Зависимость скорости коррозии от времени 50 ЧС 15 в кипящей 30% Н 2 SO 4 25 20 60 100 140 час

Устойчивость кремнистого чугуна в Н 2 SO 4 • Кремнистый чугун хорошо стоит в Н 2 SO 4 ; • Наименьшая устойчивость в кипящей 30% Н 2 SO 4 • П мм/год 0, 5 0, 25 20 40 60 % Н 2 SO 4

Кислотная коррозия высококремнистых чугунов • Высококремнистые чугуны хорошо стоят в НNO 3. • Считается, что НNO 3, усиливает пленку Si. O 2. за счет образования оксидов железа. Наибольшее растворение в горячих разбавленных растворах. • Отлично высококремнистые чугуны стоят в смеси НNO 3, и Н 2 SO 4 причем лучше, чем в отдельных кислотах; • ЧC устойчив в Н 3 РO 4 , но загрязненная фосфорная кислота HF становится опасной. • ЧС устойчив в органических и других слабых кислотах.

Кислотная коррозия высококремнистых чугунов • Высококремнистый чугун не устойчив: в HF, HCl, HBr, в сернистой кислоте Н 2 SO 3 ; • Неустойчивость всех видов кремнистых чугунов в сернистой кислоте не ясна. • Для получения более устойчивого кремнистого чугуна в HCl в высококремнистые чугуны вводят дополнительно Мо в количестве 2 -4% ЧС 15 М 4; ЧС 17 М 3. • По теоретическим представления в таких сплавах пленка Si. O 2 получается более толстая и соляная кислота не способна ее разрушать. Чугуны с Мо получили название антихлоры.

Коррозия легированного чугуна в нейтральных средах • Ни одна из естественных сред не вызывает серьезного разрушения кремнистых чугунов. Но пленка на них образуется не сразу и поэтому вначале они немного покрываются ржавчиной. • Из-за высокой устойчивости кремнистых чугунов в условиях подземной коррозии они применяются, как нерастворимые аноды при катодной защите, Наибольшую устойчивость при катодной защите имеют антихлоры ЧС 15 М 4; ЧС 17 М 3 • В щелочах высококремнистые чугуны стоят хуже, чем обычные не легированные, так как Si. O 2 не стоек в щелочах. В кипящем 20% Na. OH и в 50% Na. OH при 60 0 С кремнистый чугун растворяется со скоростью 1, 27 мм/год, а обычные 0, 25 мм/год • Поэтому кремнистые чугуны не рекомендуется использовать даже в слабых щелочах (типа NH 4 OH) и гидролизующихся со щелочной реакцией солях/

Коррозия легированного чугуна при высоких температурах • Высокотемпературная устойчивость легированных чугунов достаточно высокая поэтому хромистые, алюминиевые, никелевые чугуны используются как жаростойкие и износостойкие материалы. • Например, чугун ЧН 15 Д 7 (нирезист) используется как немагнитный, жаростойкий коррозионно-стойкий и жаропрочный материал. • Применяется в нефтяной и нефтехимической промышленности для труб конденсаторов, фиттингов, пропеллеров мешалок, компрессоров, фильтров и т. д.