Проверяем стойкость сплавов в серной кислоте

В данной статье рассказываем о результатах кратковременных испытаний применимости сплавов, предоставленных компанией «Техсплав» сотрудникам Московского Политехнического университета, Исследование оценивало устойчивость материалов в серной кислоте с концентрацией 10%, 20% и 30%, что позволяет определить их применимость в агрессивных средах.

Несмотря на то, что изначально каждый сплав разрабатывался под конкретную задачу, постепенно они находят свое применение и во многих других задачах, становясь таким образом универсальным решением в промышленности и быту. Наиболее яркими примерами являются 08Х18Н10 (AISI 304) и 08Х18Н10Т (AISI 321), которые используются как, например, в декоративно-прикладном искусстве, а также для изготовления бытовых приборов, так и в качестве конструкционных материалов промышленного оборудования.

Сегодня имеется значительное число публикаций, посвящённых исследованию устойчивости разных материалов в условиях воздействия серной кислоты разнообразной концентрации, включая её использование в производстве и покрытии аппаратуры для обработки серной кислоты (например, сушильно-абсорбционные отделения). Наиболее распространёнными материалами являются:

При этом, если обратиться к источникам исследований, данные могут расходиться, что говорит о разных условиях проведения испытаний. Данные в учебной и научной литературе о стойкости в растворах серной кислоты испытываемых в настоящем исследовании сплавах отсутствует или представлена в неполном виде (например оценка «ограниченно годен» без указания времени испытаний, а также малый диапазон концентраций). Таким образом представленные в данной статье результаты актуальны и дают данные о кратковременном воздействии раствора серной кислоты на различные сплавы, что позволит в дальнейшем сделать более точный выбор сплава для проведения опытно-промышленных испытаний.

Испытания проводились в среде серной кислоты с концентрацией 10%, 20% и 30% в диапазоне температуры от 30℃ до 80℃ (с шагом 10℃). Длительность для каждого из образцов при каждой температуре и концентрации составляла 1 час.
В качестве образцов использовались пластины из следующих сплавов:

Узнать подробнее о этих и многих других сплавах Вы можете в каталоге нашей компании (https://www.tehsplav.ru/catalog).

Концентрация серной кислоты 10%: при температуре от 30℃ до 60℃ образец не изменялся, после (до достижения 80℃) наблюдается образование тонкого налета на поверхностях образца, что делает их матовыми.
Концентрация серной кислоты 20%: визуальных изменений, а также потери массы, кроме приобретения более матовой поверхности, у образца не наблюдалось.
Концентрация серной кислоты 30%: блеск поверхностей образца сохранился, активной реакции не наблюдалось. При это во всем исследуемом диапазоне температур серной кислоты наблюдалось образование мелких точек на поверхностях образца, схожих с началом проявления точечной коррозии.

Результаты при концентрации серной кислоты 10%, 20% и 30% аналогичны результатам с образцом сплава 29НК.

Концентрация серной кислоты 10%: образец потерял зеркальность поверхностей при температуре равной 60℃. Наблюдается небольшие пятна более светлого оттенка.
Результаты при концентрации серной кислоты 20% и 30% аналогичны результатам с образцом сплава 29НК.

Концентрация серной кислоты 10%: результаты аналогичны результатам с образцом сплава 42НА-ВИ-М.
Концентрация серной кислоты 20%: при температуре серной кислоты 60-80℃ на поверхностях образца появляются пятна, схожие с началом проявляющейся точечной коррозии (питтинг).
Концентрация серной кислоты 30%: во всем исследуемом диапазоне температур серной кислоты наблюдалось образование мелких точек на поверхностях образца, схожих с началом проявления точечной коррозии. Активной реакции не наблюдалось. Блеск поверхностей сохранился, при этом образец приобрел желтоватый оттенок.

Результаты при концентрации серной кислоты 10% и 20% аналогичны результатам с образцом сплава 42НА-ВИ-М.
Концентрация серной кислоты 30%: после достижения температуры серной кислоты равной 60℃, на образце стали проявляться пятна – следы воздействия среды. При этом активной реакции не наблюдалось. Коррозия имеет локальный характер. В тех местах, где пятна отсутствуют, поверхность образца осталась блестящей.

За время проведения испытаний у образца не наблюдалось каких-либо изменений.

Наблюдалась активная реакция образца с серной кислотой во всем диапазоне температур. В ходе испытаний на образце образовывалось визуально похожее на графит покрытие. Слева – до испытаний, справа – после испытаний при температуре 10% серной кислоты равной 80℃.

Серная кислота после взаимодействия с образцом приобретала голубой оттенок.

За время проведения испытаний изменений в образце, кроме приобретения матового серого оттенка его поверхностей, не наблюдалось.

Стоит отметить сплав Х23Ю5Т. В ходе испытаний наблюдалась активная реакция образца с серной кислотой, появление плёнки на поверхностях образца. Наблюдение реакции при кратковременном воздействии не означает недопустимость использования данного сплава в сернокислотном оборудовании, так как при более длительном воздействии возможна пассивация – формирование тонкой защитной плёнки на металлической поверхности вследствие реакции окисления. Аналогичный результат может наблюдаться и при испытании сплава Х23Ю5Т в серной кислоте с большей концентрацией.

Ярким примером пассивации в серной кислоте является использование углеродистых сталей (в частности, транспортирование серной кислоты с концентрацией 70-90% в ёмкостях из углеродистой стали, а также её использование в моногидратных абсорберах для работы с концентрированной серной кислотой). Скорость коррозионного разрушения углеродистой стали в серной кислоте первоначально увеличивается вместе с ростом её концентрации, достигает своего пика при концентрации кислоты 50-60%, после чего резко снижается. Дальнейшее увеличение концентрации серной кислоты ведёт к снижению интенсивности коррозии. Однако, при ещё большем повышении концентрации кислоты (свыше 90%) защитные слои разрушаются, вновь ускоряя процесс коррозии.

Таким образом, сплав Х23Ю5Т требует опытно-промышленных испытаний для установления степени его стойкости в серной кислоте.