Что называется жаростойкостью?

2 В каких отраслях промышленности применяются жаростойкие материалы?

3 Какое основное требование предъявляется к выбору легирующего элемента?

4 Что называется окалиностойкостью?

5 Что представляет собой реакция окисления?

Лекция 11. Кислотостойкость. Общая характеристика кислотостойких материалов. Кислотостойкая сталь. Кислотостойкость сплавов к действию различных кислот. Кислотостойкость сплавов хастеллой и тугоплавких металлов

Кислотостойкостью называется свойство материалов противостоять разрушаю­щему действию растворов кислот или их смесей. Эта характеристика относится к стро­го опре-деленным условиям: продол­жительности обработки, температуре и концентрации реактива. Кислотостойкость в большой степени зависит также от гранулометрического со­става, кристаллической структуры и шероховатости поверхности частиц пробы (порошка), величины рН, анионного состава кис­лой среды и ее окислительно-восста­новительного потенциала.

По дейст­вию на сплавы различают кислоты нeoкислительного характера (растворы HCl, H₂SO₄) и кислые сре­ды окислительного характера (НNО₃ или смесь неокислительных кислот с окислителем).

Для создания боль­шинства кислотостойких пассиви­рующихся сплавов наиболее важны хром и титан. В нержавеющих и кис­лотостойких сталях хрома, например, должно быть не менее 13 %. Однако кислотостойкость этих сплавов часто оказывается недостаточной при нали­чии некоторых активирующих ионов (Cl^-, Br^-, F^-), она может также сни­жаться в чрезмерно окислительных средах при потенциалах более положительных, чем +1,0 (явление перепассивации). Титан, в отличие от хрома и нержавеющих сталей, ха­рактеризуется пассивностью, устой­чив к хлор-ионам, и не склонен к перепассивации, стоек в «царской водке», в которой нестойки не только нержавеющие стали, но и благород­ные металлы. Однако в полностью безводных активных средах (соляно­кислом растворе метанола, дымящей­ся азотной кислоте, безводном хлоре) титан оказывается нестойким, по­скольку его пассивность связана с возможностью образования оксидной пассивной пленки за счет кислорода воды.

Органи­ческие кислоты воздействуют на сплавы менее активно, чем минеральные, причем тем активнее, как правило, чем меньше атомов углерода в молекуле кислоты.

При создании кислотостойких материалов намечается основная закономерность, наиболее четко выявляемая в гомогенных сплавах типа твердого раствора. Если в сплав ввести доста­точное количество компонента, стой­кого (по той или иной причине) в данной кислоте, повышается кислотостой­кость и всего сплава, вызываемая этой же причиной. Так, при введении в медь золота, в никель – меди, а в железо – никеля (при достаточном легировании вторым компонентом первого) наблюдается повышение кис­лотостойкости сплава в неокисли­тельных кислотах вследствие увеличения его термодинамической стабильности.

Кислотостойкая сталь –сталь, отличающаяся химической стойкостью к действию агрессивных кислотосодержащих сред; вид коррозионностойкой ста­ли. Характер легирования и коли­чество легирующих элементов опре­деляют структуру и класс кислотостойкой стали: ферритный, аустенито-ферритный и аустенитный (таблица 11.1). Кислотостойкая сталь отли­чается высокой коррозионной стой­костью, которая зависит от пассив­ности металлов, проявляющейся при воздействии окислителей.

Наиболее сильный пасси­вирующий элемент – хром, которого содержится в стали не менее 16 % [пассивирование – переход металлов и сплавов в состояние, при котором резко замедляется их коррозия за счет образования на поверхности защитных пленок] Никель увеличивает стойкость стали в растворах восстановительных кис­лот (серной, соляной) и в некоторых органических кислотах, повышая электродный потенциал. Молибден также повышает коррозионную стойкость стали в разбавленных раство­рах серной, соляной, фосфорной, сер­нистой, муравьиной, уксусной и других кислот.

Титан и ниобий в стали аус­тенитного класса устраняют воспри­имчивость к .межкристаллитной коррозии, образуя карбиды и устра­няя тем самым возможность образо­вания карбидов хрома. Титан вводят в количестве, превышающем не менее, чем в пять раз, а ниобий – в коли­честве, превышающем в десять раз содержание углерода. В кислотостойкой стали, от которой требуется повышенная стой­кость к межкристаллитной и ноже­вой коррозии, количество углерода ограничивают до 0,03 %. Для улуч­шения механических свойств сталь подвергают термической обработке (таблица 11.2).

Таблица 11.1 - Химический состав кислотостойких сталей

Примечание: В стали марки 03Х21Н21М4ГБ содержится ниобий, рассчитывае­мый по формуле Nb = 15С–0,8; в стали марки 06ХН28МДТ содержится 2,5-3,5 % Cu.

Увеличение стойкости в кислотах (общая коррозия) дает присадка в аустенитные стали молибдена и особенно молибдена с медью при одновременном увеличении содержания никеля (стали типа Cr-Ni-Mo и Cr-Ni-Mo-Cu). При необходимости иметь высокую кислотостойкость (на уровне стали ЭИ943) и высокие механические свойства (σ_в> 1000 МПа) рекомендуется к применению сплав Cr-Ni-Mo-Cu-Тi-Al. Последние два элемента вызывают интерметаллидное упрочнение [выделение дисперсных фаз типа Ni₃(Тi, Al)].

Таблица 11.2 - Термическая обработка и механические свойства кислотостойких сталей