Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и чистых металлов

Туфанов Д.Г.

Металлургия, 1990 г.

УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ, ВИДЫ КОРРОЗИИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Высокая коррозионная стойкость сталей и сплавов основана на явлении пассивности [7, 8, 9, 123, 335], открытом еще в 1738 г. нашим знаменитым соотечественником Михаилом Васильевичем Ломоносовым [35].

Большой вклад в изучение явления пассивности внесли наши ученые Н. А. Изгарышев, В. А. Кистяковский, Г. В. Акимов, Н. Д. Томашов и др.

Пассивность металлов до настоящего времени широко и всесторонне исследуется.

Пассивность — состояние высокой коррозионной стойкости металла или сплава (в условиях, когда с термодинамической точки зрения они являются вполне рслкциопиосиособными), вызванное избирательным торможением анодного процесса [121].

Коррозионностойкие стали хорошо пассивируются не только в азотной (Кислоте, но и в других реагентах, представляющих сильные окислители.

Пассивирующим агентом является также кислород воздуха.

Пассивность коррозионностойких сталей зависит от содержания хрома как основного легирующего элемента. Наименьшее содержание хрома, обеспечивающее сталям пассивное состояние, составляет 12 %.

С увеличением содержания хрома коррозионная стойкость сталей в окислительных средах резко возрастает.

Явление пассивности металлов обычно объясняют воздействием окислительной среды, однако известно, что некоторые металлы очень энергично пассивируются и в неокислительных средах, например молибден в НСl. Поэтому не случайно, что в средах, содержащих хлор-ион, для уменьшения точечной коррозии и повышения общей стойкости следует применять коррозионностойкие стали, в состав которых входит молибден.

В морской воде и в восстановительных средах (сернистая, фтористоводородная, муравьиная, щавелевая кислоты) применяют стали 08Х21Н6М2Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17НЗМЗТ и др. коррозионная стойкость которых значительно выше, чем сталей аналогичного состава, не содержащих молибдена..

Для придания высокой коррозионной стойкости в ряде случаев стали легируют не только хромом, никелем и молибденом, но также медью, ниобием и другими элементами.

На рис. 5 показано влияние легирующих элементов на коррозионную стойкость сталей в серной кислоте. Сталь Х18Н10 в серной кислоте при комнатной температуре в интервале почти всех концентраций является нестойкой. В стали 20Х23Н18 (рис. 5,6), где содержание хрома и никеля больше, чем в стали Х18Н10, диапазон стойкости значительно больше. Никель, хотя и в значительно меньшей степени, чем хром, повышает пассивируемость стали вследствие торможения анодного процесса растворения и практически не оказывает влияния на катодную реакцию водородной деполяризации. На рис. 5, β и г показано, что и другие легирующие элементы, например медь и молибден, также способствуют еще большему повышению коррозионной стойкости стали. Примером такой стали, содержащей медь и молибден, служит сталь 06ХН28МДТ (см. рис. 5, г), предназначенная для работы в условиях производства серной кислоты и других сернокислотных сред.

Механизм защитного действия меди и молибдена в сплаве 06ХН28МДТ сводится к следующему: медь уменьшает площадь анодных участков в результате накопления ее в поверхностном слое. Это происходит в области анодного растворения, где в результате электрохимической реакции обмена медь переходит из раствора, осаждаясь на поверхность стали и создавая таким образом защитный экранирующий слой.

Молибден, по-видимому, также накапливается в поверхностном слое стали, так как скорость коррозии его при потенциалах, характерных для активного состояния стали, очень мала и обусловлена высокой химической стойкостью поверхностной пленки, которая не восстанавливается на катоде.

Для исследования механизма пассивности и кинетики процессов, протекающих при пассивации, используют потенциостатический метод.

Сущность метода заключается в определении скорости коррозии растворения металла при заданном, поддерживаемом постоянным значении потенциала и установлении зависимости скорости растворения металла от потенциала в широкой области его значений.

Причина, вызывающая точечную коррозию в коррозионно-стойких сталях, связана с местным нарушением пассивности металла, которое возникает в средах, содержащих в основном хлор-ион. Развитию точечной коррозии способствуют дефекты стали (плены, раковины, трещины, неметаллические включения и т. п.), а также наличие на поверхности металла остатков неудаленной окалины или ржавчины.

Этот вид коррозии наблюдают также на стали Х18Н10Т в минеральных водах. В источнике № 6 Тбилисского месторождения она равна 0,06 г/(м²-ч), а глубина местного поражения за 6 мес составляет 0,16 мм.

Хромистая коррозионностойкая сталь Х13 в этих же условиях корродирует со скоростью 0,031 г/(м²-ч), а глубина местного поражения за тот же период испытания достигает 0,24 мм.

В процессе получения метакриловой кислоты [91] коррозионностойкие стали и сплавы подвергаются точечной коррозии. Причем скорость коррозии в углублениях в пересчете на год работы аппарата составляет для стали 12Х18Н10Т 0,32—2,16, 08Х22Н5Т 0,54—2,34 и 10Х17Н13М2Т 2,4 мм/год. Сплав 06ХН28МДТ в этих условиях корродирует равномерно и незначительно (0,0005 мм/год).

В тех случаях, когда металл не подвержен точечной коррозии и аппаратура предназначена для получения технических продуктов, т. е. не требующих химической чистоты, можно применять стали с баллом 6 по коррозионной стойкости.