Коррозия сталей

  Сплавы  железо-кремний

  Кремний при обычном его содержании в  чугунах (~3%) оказывает слабое влияние  на стойкость этих материалов к коррозии. Однако значительно большие количества кремния способны привести к существенному повышению химической стойкости чугунов. Такие чугуны можно разделить на две группы. Первая группа включает сплавы, содержащие от 4 до 10% Si, используемые в областях, требующих хорошей стойкости к окислению при высоких температурах. Ко второй группе относятся сплавы, содержащие 14—18% Si и применяемые там где необходима очень высокая стойкость к кислотам. Сплавы второй группы обычно называют высококремнистыми чугунами.

  Стойкость к низкотемпературной коррозии у сплавов, содержащих менее 11 % Si, несущественно отличается от свойств чугунов, легированных примерно таким же количеством других элементов (при низком содержании кремния), поэтому низкокремнистые чугуны рассматриваться здесь не будут.

  Все изделия из кремнистых чугунов получают путем литья. Высококремнистые чугуны лучше всего плавить в тигле или в электропечах, и их производство постепенно концентрируется на специализированных литейных предприятиях. Ввиду того, что механические свойства этих материалов таковы, что исключают возможность какой-либо механической обработки, кроме шлифовки, форму для отливок следует конструировать таким образом, чтобы необходимость в последующей обработке была минимальной. Поэтому важную роль играет тесная связь конструктора с предприятием.

  Большую опасность представляет возникновение в отливке напряжений в процессе затвердевания. При последующей эксплуатации это может привести к растрескиванию изделия. Чтобы избежать такой опасности, отливки освобождают от формы еще в состоянии красного каления, отжигают их в течение 4—5 ч при 800° С, а затем медленно охлаждают. 

  Общая характеристика коррозионного поведения

  Полагают, что коррозионная стойкость высококремнистых чугунов связана с образованием защитной поверхностной пленки, состоящей в значительной степени из двуокиси кремния. Максимальная защитная способность пленки достигается лишь тогда, когда сплав содержит, по крайней мере, 14,25% Si . Увеличение содержания кремния сверх 14,5% не меняет коррозионной стойкости сплава существенным образом, но дальнейшее повышение плотности пленки оказывается полезным, если отливка должна использоваться в растворах, содержащих ионы галогенов, особенно в соляной кислоте.

  В связи с тем, что образование  пленки двуокиси кремния не зависит  от каких-либо конкретных свойств коррозионной среды, высококремнистые чугуны стойки к коррозии в очень большом числе сред. Вместе с тем растворы, способные хотя бы в небольшой степени растворять двуокись кремния, агрессивны по отношению к кремнистым чугунам. Кроме того, некоторые ионы способны проникать через пленку двуокиси кремния, что также может вызвать сравнительно серьезную коррозию металла.

  Прежде  чем успеет образоваться пленка двуокиси кремния, неизбежно происходит некоторое  разрушение металла, поэтому начальные  скорости коррозии высоки.

  Коррозия  в   естественных средах

  Хотя  по условиям эксплуатации высококремнистые чугуны часто подвергаются воздействию атмосферы, воды или почвы, эти материалы редко предназначаются специально для применения в этих средах. Однако коррозионная стойкость этих сплавов такова, что в действительности ни одна обычно встречающаяся среда не способна вызвать серьезное разрушение металла. Это вовсе не означает, что такие чугуны можно считать нержавеющими: сообщалось, что во влажной атмосфере сплавы, содержащие менее 14,7% Si, покрываются ржавчиной.

  Коррозия  в промышленных средах

  Кислоты

  Ввиду того, что коррозионная стойкость  высококремнистых чугунов определяется прочностью и непроницаемостью тонкой пленки двуокиси кремния на поверхности  металла, ускоренное разрушение последнего будет вызываться любым реагентом, способным повредить защитную пленку. Поэтому все растворы, содержащие плавиковую кислоту, следует считать очень агрессивными для кремнистых чугунов.

  Так как двуокись кремния не растворяется ни в каких кислотах, кроме плавиковой, то можно было бы ожидать, что пленка двуокиси кремния будет надежной защитой от разрушающего действия раствора любой другой кислоты. В действительности же, хотя высококремнистые чугуны и стойки в большинстве кислот, в соляной, бромисто-водородной и сернистой кислотах эти сплавы корродируют довольно интенсивно. Агрессивность обеих галогеноводородных кислот можно объяснить тем, что их сравнительно небольшие по размерам анионы легко проникают через пассивную пленку.

  Для получения чугуна, более стойкого к соляной кислоте, были разработаны  сплавы, содержащие 17—18% Si или 14,5% Si и 3% Мо. Первый сплав разработан в Великобритании, а второй — в США. Насколько известно, молибденсодержаший сплав не имеет заметного преимущества перед Fe— 18 Si в отношении коррозионной стойкости, прочности, производственных трудностей илн стоимости. Известно, что оба сплава более хрупки, чем Fe—14,5 Si, и обладают почти на 30% меньшей прочностью.

  Причина более высокой стойкости сплава Fe—18 Si к соляной кислоте заключается, как предполагают, в повышенной плотности богатой двуокисью кремния пленки, возникающей на поверхности металла после начальной стадии коррозии. Добавка 3—3,5% Мо к сплаву Fe—14,5 Si приводит к образованию очень стабильных комплексных карбидов с последующим полным удалением графита. Вполне возможно, что такое удаление графитовых хлопьев из микроструктуры и в результате исчезновение из структуры пленки двуокиси кремния слабых плоскостей, связанных с наличием графита, и объясняет повышение стойкости молибденсодержащих чугунов в соляной кислоте. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    В XXI веке высокие темпы развития  промышленности, интенсификация производственных  процессов, повышение основных  технологических параметров (температура,  давление, концентрация реагирующих  средств и др.) предъявляют высокие  требования к надежной эксплуатации  технологического оборудования  и строительных конструкций. Особое  место в комплексе мероприятий  по обеспечению бесперебойной  эксплуатации оборудования отводится  надежной защите его от коррозии  и применению в связи с этим  высококачественных химически стойких  материалов.

    Необходимость осуществления мероприятий  по защите от коррозии диктуется  тем обстоятельством, что потери  от коррозии приносят чрезвычайно  большой ущерб. По имеющимся  данным, около 10% ежегодной добычи  металла расходуется на покрытие  безвозвратных потерь вследствие  коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии  металла связан не только с  потерей больших количеств металла,  но и с порчей или выходом  из строя самих металлических  конструкций, т.к. вследствие коррозии  они теряют необходимую прочность,  пластичность, герметичность, тепло-  и электропроводность, отражательную  способность и другие необходимые  качества. К потерям, которые терпит  народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также  громадные затраты на всякого  рода защитные антикоррозионные  мероприятия, ущерб от ухудшения  качества выпускаемой продукции,  выход из строя оборудования, аварий в производстве и так  далее.

    Защита от коррозии является  одной из важнейших проблем,  имеющей большое значение для  народного хозяйства.

    Коррозия является физико-химическим  процессом, защита же от коррозии  металлов – проблема химии  в чистом виде.

  Список литературы:

  Краткая химическая энциклопедия под редакцией  И.А. Кнуянц и др. – М.: Советская энциклопедия, 1961-1967, Т.2.

    Советский энциклопедический словарь.  – М.: Советская энциклопедия, 1983.

    Андреев И.Н. Коррозия металлов  и их защита. – Казань: Татарское  книжное издательство, 1979.

  Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. – Л.: Химия, 1989.

    Никифоров В.М. Технология металлов  и конструкционные материалы.  – М.: Высшая школа, 1980.

  Под ред. Л. Л. Шрайера.

  Коррозия. Справ, изд. Под. ред. Л. Л. Ш р а й е р а. Пер. с англ. — М.: Металлургия, 1981, 632 с.