Янв 22, 2021
Коррозионная стойкость конструкционных материалов в средах простого химического состава. Коррозионная стойкость материала определяется его способностью противостоять процессу коррозии. Различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия имеет место в сухих газах при высокой температуре, в нефтепродуктах и других средах, не проводящих электрического тока; она не зависит от электрического потенциала металла. Во всех других средах (водных растворах солей, кислот, щелочей, в воздухе и других газах, содержащих влагу), являющихся ионными проводниками электрического тока (электролитами), протекает электрохимическая коррозия.
Одновременно с коррозией может происходить пассивация, то есть уменьшение скорости коррозии в результате образования на поверхности металла фазовых или адсорбционных слоев, например оксидов. В зависимости от условий работы арматуры процесс может протекать с преобладанием либо коррозии, либо пассивации.
Детали арматуры могут подвергаться коррозии следующих видов (в зависимости от условий ее протекания): жидкостной, абразивно-жидкостной, газовой, механической, контактной, щелевой, кавитационной.
Жидкостная коррозия происходит в электролитах (в кислотах, щелочах, пресной и морской воде) и в неэлектролитах (нефтепродуктах). Абразивно-жидкостная протекает в условиях химического или электрохимического и абразивного воздействия на металл. Твердые частицы абразивов, движущиеся вместе с жидкостью, удаляют продукты коррозии с поверхности деталей, обнажают металл, и, таким образом, ускоряют процесс его разрушения.
Газовая коррозия протекает в сухих и влажных газах. Характер и скорость коррозии зависят от содержания влаги, наличия кислот и щелочей и температуры рабочей среды. Коррозия, возникающая при механическом воздействии на детали в агрессивной среде, часто способствует местному разрушению металла.
Коррозия под напряжением характеризуется разрушением материала детали в зоне действия знакопеременных нагрузок, остаточных деформаций или термических напряжений. В результате возникает коррозионное растрескивание, происходящее под действием внутренних и внешних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллических или межкристаллических трещин, и коррозионная усталость, возникающая под деиствием циклических растягивающих напряжений.
Контактная коррозия возникает при контакте двух металлов, имеющих в электролитах различные стационарные потенциалы, причем более сильной коррозии подвергается элемент, изготовленный из металла с большей абсолютной величиной отрицательного потенциала. Во избежание контактной коррозии во всех нейтральных водных растворах недопустимы контакты алюминия со сталью, бронзой и титаном, стали с бронзой и титаном и т. д. Не допускается также применение алюминиевой арматуры (шланговые клапаны) в атмосфере, содержащей щелочные примеси.
Щелевая коррозия имеет специфический характер - она возникает в узких щелях между деталями, куда проникает электролит и затруднен доступ кислорода, вследствие чего не обеспечивается пассивация металла. В результате скорость коррозии в щели металлов, стойкость которых в основном обеспечивает пленка оксида (например, на алюминиевых сплавах и нержавеющих сталях), возрастает во много раз.
Кавитационная коррозия возникает при образовании в коррозионной среде мелких пузырьков, содержащих разреженный газ. Они образуют поток микрогидравлических ударов по поверхности металла, что исключает возможность образования пассивирующей пленки и тем самым ускоряет процесс коррозии (помимо механического разрушения металла).
Одной из основных задач при конструировании арматуры, работающей в коррозионных средах, является обеспечение достаточно надежной работы арматуры, ее долговечности и безотказности. Поскольку основным фактором, ограничивающим срок службы арматуры, является коррозионное воздействие рабочей среды, то наиболее важным является выбор для деталей материалов, достаточно стойких в рассматриваемых средах [1]. Для приближенной оценки коррозионной стойкости металлов может быть использована пятибалльная шкала:
|
Балл
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Скорость коррозии, мм/год
|
0,1
|
0,1...1,0
|
1...3
|
3...10
|
10
|
Более точной является десятибалльная шкала (табл. 1).
Таблица 1.
|
Группа стойкости
|
Балл коррозионной стойкости
|
Скорость коррозии, мм/год
|
|
Совершенно стойкие
|
1
|
0,001
|
|
Весьма стойкие
|
2
|
0,001...0,005
|
|
3
|
0,005...0,01
|
|
|
Стойкие
|
4
|
0,01...0,05
|
|
5
|
0,05...0,1
|
|
|
Пониженно стойкие
|
6
|
0,1...0,5
|
|
7
|
0.5...1,0
|
|
|
8
|
1...5
|
|
|
Малостойкие
|
9
|
5...10
|
|
Нестойкие
|
10
|
Свыше 10
|
|
Примечания.
1. Под скоростью коррозии металлов в десятибалльной шкале следует понимать глубину проникновения коррозии, которая рассчитывается из данных потери массы металла после удаления продуктов коррозии. 2. Десятибалльной шкалой коррозионной стойкости не допускается пользоваться при наличии в металле межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания. |
||
Возможность изготовления арматуры с высокой коррозионной стойкостью обеспечивают титановые сплавы. Применяется также защитное покрытие толщиной 1...1,7 мм из титанового порошка с эпоксидной смолой. Время затвердевания массы 12...24 ч. Такое покрытие показало высокую коррозионную стойкость в растворах азотной, серной, уксусной, винной и других кислот.
Арматура из неметаллических материалов и чугунная арматура с защитными покрытиями из резины, пластмасс и эмали имеют высокую коррозионную стойкость при качественном ее выполнении, но применяются при давлениях не более 1 МПа и температуре не выше 120°С.
Коррозионная и эрозионная стойкость конструкционных материалов в средах сложного химического состава. Помимо однокомпонентных сред и растворов в технологических процессах химических производств участвуют различные среды, имеющие сложный состав в виде химических соединений, эмульсий, пульп, шламов и т. п., содержащие в ряде случаев кристаллические осадки, абразивные частицы в виде песка и т. д. Температура, давление, скорость рабочей среды при различных технологических процессах и даже на различных участках технологической линии могут быть различны. Все это лишает возможности однозначно решить задачу выбора материала по данным его коррозионной стойкости в основных химических средах для арматуры, работающей на сложных средах. Требуется учет, в частности, эрозионной стойкости, допустимого перепада давлений (табл. 2). Составные химические компоненты среды могут усилить или ослабить ее химическую активность при различных условиях и параметрах. В связи с этим наиболее надежными являются данные о коррозионной стойкости материалов при их работе в конкретных условиях различных производств химической промышленности [1].
Таблица 2.
|
Детали проточной части арматуры
|
Материал деталей
|
Коэффициент эрозионной стойкости
относительно стали 12Х18Н10Т
|
Допускаемый перепад давления, МПа
|
|
Корпус, патрубки, седло, шибер
|
25 (25Л) 20
|
0,0055
|
0,022
|
|
Шток, золотник
|
30Х13
|
0,258
|
1,0
|
|
Шток
|
14Х17Н2
|
0,74
|
2,95
|
|
Уплотнительные поверхности седла и шибера
|
ХН80СР2 ЦН-6
(Х16Н7С5)
|
0,83 0,90
|
3,32
3,6
|
|
Корпус, патрубки, шток, шибер, седло, защитные рубашки
|
12Х18Н10Т
|
1,0
|
4,0
|
|
Уплотнительные поверхности деталей затвора
|
ЦН-12 (Х16Н9СМ4Г4Б)
ЦН-2 (ХЗОК6084)
|
1,12 1,44
|
4,5
5,75
|
|
Корпус, патрубки, шток
|
ВТ 1-0
|
2,44
|
9,75
|
ЛИТЕРАТУРА: