Знаете ли вы о коррозионной стойкости нержавеющей стали в различных средах?

Коррозионная стойкость нержавеющей стали обычно увеличивается с увеличением содержания хрома. Основной принцип заключается в том, что при наличии в стали достаточного количества хрома на поверхности образуется очень тонкая, плотная оксидная пленка, которая препятствует дальнейшему окислению. Окислительная среда может укрепить эту пленку, тогда как восстановительная среда неизбежно разрушает ее, что приводит к коррозии стали.

Коррозионная стойкость в различных средах

Коррозия атмосферы

Устойчивость нержавеющей стали к атмосферной коррозии существенно зависит от содержания хлоридов в атмосфере. Следовательно, коррозия нержавеющей стали вблизи моря или других источников хлоридного загрязнения имеет первостепенное значение. Дождевая вода является значимым фактором только тогда, когда она влияет на концентрацию хлоридов на поверхности стали.

Сельская среда Стали 1Cr13, 1Cr17 и аустенитные нержавеющие стали подходят для широкого спектра применений без существенных изменений их внешнего вида. Следовательно, выбор нержавеющей стали для использования на открытом воздухе в сельской местности может основываться на цене, доступности на рынке, механических свойствах, обрабатываемости и внешнем виде.

Промышленная среда В промышленных условиях, свободных от хлоридного загрязнения, стали 1Cr17 и аустенитные нержавеющие стали могут работать в течение длительного времени, оставаясь при этом практически свободными от ржавчины. На поверхности может образоваться пленка грязи, но после ее удаления первоначальный яркий вид сохраняется. В промышленных средах, содержащих хлориды, нержавеющая сталь подвергается коррозии.

Морская среда Нержавеющие стали 1Cr13 и 1Cr17 за короткий период образуют тонкую ржавую пленку, но это не вызывает существенных изменений размеров. Аустенитные нержавеющие стали, такие как 1Cr17Ni7, 1Cr18Ni9 и 0Cr18Ni9, могут проявлять некоторую коррозию при воздействии морской среды. Эта коррозия обычно поверхностна и легко удаляется. Нержавеющая сталь, содержащая молибден 0Cr17Ni12Mo2, по существу устойчива к коррозии в морской среде.

Помимо атмосферных условий, на стойкость нержавеющей стали к атмосферной коррозии влияют еще два фактора: состояние поверхности и процесс производства. Степень отделки влияет на коррозионную стойкость нержавеющей стали в хлоридсодержащих средах. Матовые поверхности (шероховатые поверхности) очень подвержены коррозии, тогда как стандартные промышленные покрытия менее подвержены. Степень отделки поверхности также влияет на удаление грязи и ржавчины. Грязь и ржавчину легко удалить с полированных поверхностей, но трудно сделать это с неполированных поверхностей. Неполированные поверхности требуют частой очистки для поддержания первоначального состояния поверхности.

Пресноводный

Пресную воду можно определить как воду из рек, озер, прудов или колодцев, независимо от того, является ли она кислой, соленой или слегка солоноватой.

Коррозионная активность пресной воды зависит от ее pH, содержания кислорода и склонности к образованию накипи. Жесткая вода. Его коррозионная активность в первую очередь определяется количеством и типом окалины, образующейся на поверхности металла. Образование этой шкалы является результатом присутствия минералов и температуры. Мягкая вода, как правило, более коррозионна, чем жесткая вода. Его коррозионную активность можно снизить за счет повышения pH или снижения содержания кислорода.

Нержавеющая сталь 1Cr13 значительно более устойчива к пресноводной коррозии, чем углеродистая сталь, и демонстрирует превосходные характеристики при использовании в пресной воде. Эта сталь широко используется в таких областях, как судостроение и строительство плотин, где требуются высокая прочность и коррозионная стойкость. Однако следует отметить, что при определенных обстоятельствах 1Cr13 может быть подвержен умеренной точечной коррозии в пресной воде. Тем не менее, точечную коррозию можно полностью предотвратить методами катодной защиты. Стали 1Cr17 и аустенитные нержавеющие стали практически полностью устойчивы к пресноводной коррозии при комнатной температуре (температуре окружающей среды).

Кислая вода

Кислая вода — это загрязненная природная вода, выщелоченная из руд и угля. Поскольку он сильнокислый, его коррозионная активность намного выше, чем у естественной пресной воды. Из-за выщелачивания сульфидов из руд и угля кислая вода обычно содержит большое количество свободной серной кислоты. Кроме того, эта вода содержит значительное количество сульфата железа, который играет важную роль в коррозии углеродистой стали.

Оборудование из углеродистой стали, подвергающееся воздействию кислой воды, обычно очень быстро подвергается коррозии. Результаты испытаний с использованием различных материалов, подвергавшихся воздействию кислой речной воды, показывают, что аустенитная нержавеющая сталь проявляет высокую коррозионную стойкость в таких средах.

Аустенитная нержавеющая сталь демонстрирует превосходную коррозионную стойкость как в пресной, так и в кислой речной воде; в частности, ее коррозионная пленка в меньшей степени препятствует теплопередаче, поэтому трубы из нержавеющей стали широко используются в теплообменных системах.

Соленая вода

Характерной чертой коррозии в соленой воде является то, что она часто проявляется в виде точечной коррозии. В случае нержавеющей стали это во многом связано с локальным разрушением пассивирующей пленки, обеспечивающей коррозионную стойкость. Другими причинами точечной коррозии в этих сталях являются образование мощных концентрационных ячеек морскими водорослями и другими морскими органическими веществами, прилипшими к оборудованию из нержавеющей стали. После образования эти клетки становятся очень активными и вызывают значительную коррозию и точечную коррозию. В условиях высокоскоростного потока в соленой воде, например, внутри рабочих колес насоса, коррозия аустенитной нержавеющей стали обычно минимальна.

Для конденсаторов, использующих трубки из нержавеющей стали, скорость потока воды должна поддерживаться на уровне более 1,5 м/с, чтобы свести к минимуму накопление морских органических веществ и других твердых веществ внутри трубок. При проектировании оборудования из нержавеющей стали для работы с соленой водой целесообразно минимизировать щели и использовать толстостенные компоненты.

Почва

Металлы, захороненные в почве, подвержены постоянно меняющимся и сложным условиям в зависимости от погоды и других факторов. Опыт показал, что аустенитные нержавеющие стали, как правило, демонстрируют превосходную стойкость к коррозии в большинстве грунтов, тогда как 1Cr13 и 1Cr17 склонны к образованию точечной коррозии во многих грунтах. Во всех испытаниях грунта было установлено, что нержавеющая сталь 0Cr17Ni12Mo0 полностью устойчива к точечной коррозии.

Азотная кислота

Ферритные и аустенитные нержавеющие стали, содержащие не менее 14% хрома, проявляют превосходную стойкость к азотнокислотной коррозии. Нержавеющая сталь 1Cr17 широко используется в технологическом оборудовании заводов по производству азотной кислоты. Однако, поскольку 0Cr18Ni9 в целом обеспечивает лучшую формуемость и свариваемость, он в значительной степени заменил нержавеющую сталь 1Cr17 в вышеупомянутых областях применения.

Стойкость к азотнокислотной коррозии других аустенитных нержавеющих сталей аналогична стойкости 0Cr18Ni9. Нержавеющая сталь 0Cr17 обычно демонстрирует несколько более высокую скорость коррозии, чем 0Cr18Ni9, а более высокие температуры и концентрации оказывают на нее более пагубное воздействие.

Если сталь не подвергается надлежащей термической обработке, горячая азотная кислота вызовет межкристаллитную коррозию как в аустенитных, так и в ферритных нержавеющих сталях. Следовательно, этот тип коррозии можно предотвратить путем соответствующей термической обработки или использования нержавеющих сталей, устойчивых к этому типу коррозии.

Серная кислота

Стандартные марки нержавеющей стали редко используются в растворах серной кислоты, поскольку диапазон их применения очень узок. При комнатной температуре нержавеющая сталь 0Cr17Ni12Mo2 (стандартная марка с самой высокой стойкостью к серной кислоте) устойчива к коррозии, если концентрация серной кислоты составляет менее 15% или более 85%. Однако в более высоком диапазоне концентраций обычно используется углеродистая сталь. Мартенситные и ферритные нержавеющие стали, как правило, не устойчивы к коррозии растворами серной кислоты.

Как и азотная кислота, серная кислота может вызвать межкристаллитную коррозию, если нержавеющая сталь не обработана должным образом. Для сварных конструкций, где послесварочная термообработка невозможна, следует использовать низкоуглеродистые марки, такие как 00Cr19Ni10 или 00Cr17Ni14Mo2, или стабилизированные марки, такие как нержавеющая сталь 0Cr18Ni11Ti или 0Cr18Ni11Nb.

Фосфорная кислота

Аустенитные нержавеющие стали обладают хорошей стойкостью к коррозии растворами фосфорной кислоты и широко используются в оборудовании для производства и переработки фосфорной кислоты. Они демонстрируют эффективную коррозионную стойкость при температурах до 107°С и при различных концентрациях. При температуре примерно до 95°C оборудование, изготовленное из нержавеющей стали 0Cr17Ni12Mo2, может эффективно справляться с концентрациями фосфорной кислоты, превышающими 100% H ₃PO₄.

Следует отметить, что в фосфорной кислоте, полученной мокрыми способами, иногда присутствуют следовые примеси фторидных или хлоридных солей. Присутствие этих галогенидов в кислоте может отрицательно повлиять на коррозионную стойкость нержавеющей стали.

Мартенситные и ферритные нержавеющие стали демонстрируют значительно меньшую устойчивость к коррозии фосфорной кислотой, чем аустенитные нержавеющие стали, и поэтому обычно не используются с этой кислотой.

Соляная кислота

Даже при комнатной температуре растворы соляной кислоты различной концентрации быстро разъедают нержавеющую сталь. Следовательно, в этой кислоте невозможно использовать нержавеющую сталь.

Другие неорганические кислоты

Аустенитные нержавеющие стали обычно демонстрируют хорошую устойчивость к коррозии борной кислотой, угольной кислотой, хлорной кислотой и хромовой кислотой практически при всех концентрациях и температурах, за исключением 100% хлорной кислоты. Нержавеющие стали 1Cr13 и 1Cr17 демонстрируют значительно меньшую стойкость к хромовой кислоте, чем аустенитные нержавеющие стали, но обладают относительно хорошей стойкостью к коррозии борной кислотой и угольной кислотой.

уксусная кислота

Аустенитные нержавеющие стали обычно демонстрируют превосходную устойчивость к коррозии уксусной кислотой, тогда как мартенситные и ферритные нержавеющие стали непригодны для большинства применений, связанных с уксусной кислотой. Аустенитные нержавеющие стали полностью устойчивы к уксусной кислоте всех концентраций при комнатной температуре; при более высоких температурах 0Cr17Ni12Mo2 и 0Cr19Ni13Mo3 демонстрируют лучшую устойчивость к коррозии уксусной кислотой, чем другие аустенитные нержавеющие стали.

Муравьиная кислота

При комнатной температуре любую аустенитную нержавеющую сталь можно без проблем использовать для работы с муравьиной кислотой. Однако при нагревании муравьиной кислоты она может быстро вызвать коррозию нержавеющих сталей, не содержащих молибден; поэтому требуется использование 0Cr17Ni12Mo2 и 0Cr19Ni13Mo3. Муравьиная кислота быстро разъедает мартенситные и ферритные нержавеющие стали при любых температурах.

Щавелевая кислота

В целом, при комнатной температуре и концентрации не менее 50% нержавеющая сталь проявляет хорошую стойкость к коррозии под воздействием щавелевой кислоты. Однако при более высоких температурах растворы щавелевой кислоты столь же коррозионны для всех типов нержавеющей стали, как и 100% раствор при комнатной температуре.

Молочная кислота

Нержавеющая сталь 0Cr18Ni9 может использоваться для оборудования для хранения молочной кислоты при температурах примерно до 38°C. При более высоких температурах аустенитные нержавеющие стали, не содержащие молибдена, подвержены точечной коррозии, поэтому предпочтительными являются 0Cr17Ni12Mo2 и 0Cr19Ni13Mo3. Мартенситные и ферритные нержавеющие стали обычно демонстрируют более низкую устойчивость к молочнокислой коррозии.

Щелочи

Нержавеющие стали обычно обладают хорошей устойчивостью к коррозии слабыми щелочами, такими как гидроксид аммония. Для сильных щелочей, таких как гидроксид натрия и гидроксид калия, аустенитные нержавеющие стали демонстрируют хорошую коррозионную стойкость при температурах примерно до 105°C и концентрациях примерно до 50%; при более высоких температурах и концентрациях скорость коррозии может стать значительной. Коррозионное растрескивание под напряжением может возникнуть в аустенитных нержавеющих сталях, когда температуры превышают температуру кипения при атмосферном давлении (и при несколько более низких температурах с концентрациями, приближающимися к 50%).

Растворы соляной кислоты

За исключением галогенидных растворов при определенных условиях, нержавеющие стали обычно проявляют превосходную стойкость к коррозии растворами соляной кислоты. Что касается кислых солей, то на коррозионную стойкость нержавеющих сталей неизбежно в некоторой степени влияют специфические кислоты, образующиеся при гидролизе соли. Для кислых солевых растворов при более высоких температурах молибденсодержащие аустенитные нержавеющие стали (0Cr17Ni12Mo2 и 0Cr19Ni13Mo3) обычно демонстрируют лучшую коррозионную стойкость, чем другие марки нержавеющей стали.

При использовании нержавеющей стали в галогенидных растворах, особенно хлоридных, следует иметь в виду, что, хотя скорость коррозии, как правило, низкая, при определенных условиях может возникнуть точечная коррозия и/или коррозионное растрескивание под напряжением. Хотя существует множество случаев, когда нержавеющая сталь использовалась с превосходными результатами в присутствии хлоридов (например, в оборудовании для пищевой промышленности и морской воде, текущей при относительно низких температурах), каждое применение следует рассматривать индивидуально. Возникновение точечного или коррозионного растрескивания под напряжением зависит от многих факторов, включая окружающую среду, конструкцию и эксплуатацию оборудования.