Poszukuję stali kwasoodpornej na bardzo stężone kwasy mineralne.
Kwasy mineralne to mocne kwasy nieorganiczne produkowane (obecnie lub dawniej) z surowców mineralnych: kwas siarkowy(VI) (z siarki), kwas azotowy(V) (z saletry), kwas solny (z soli kamiennej), kwas ortofosforowy(V) (z fosforytów).
Ogólnie stale nierdzewne są odporne na działanie:
- kwasu azotowego(V) w szerokim zakresie stężeń i temperatury,
- rozcieńczonego kwasu siarkowego(VI) w temperaturze pokojowej (w wysokich stężeniach stale nierdzewne tracą pasywność powierzchni i przechodzą w stan aktywny),
- wielu kwasów organicznych (z wyjątkiem wrzącego lodowatego kwasu octowego),
- alkalii z wyjątkiem gorących stężonych roztworów NaOH w obecności naprężeń.
Stale nierdzewne nie są odporne na działanie środowisk kwaśnych oraz redukujących zawierających jony agresywne (halogenkowe jony chloru, bromu, jodu), które niszczą warstwę pasywną. Należą do nich środowiska:
- rozcieńczonych lub stężonych roztworów kwasów zawierające jony agresywne, takie jak: HCl, HBr, HF oraz soli, które hydrolizują z utworzeniem tych kwasów,
- niektóre kwasy organiczne, w tym kwas szczawiowy, mrówkowy i mlekowy,
- roztwory chlorków o działaniu utleniającym,
- woda morska przy długotrwałym oddziaływaniu,
- roztwory zawierające tiosiarczany,
- środowiska wodne zawierające jony chlorków w temperaturze powyżej 80°C przy równoczesnym oddziaływaniu naprężeń.
Podczas wstępnego doboru stali nierdzewnej do pracy w środowisku agresywnym można się posłużyć danymi zawartymi w zestawieniach odporności korozyjnej w różnych środowiskach pracy. Na podstawie krzywych izokorozyjnych (rys. 1-5) – można wyznaczyć zakresy stężeń i temperatur, w których można bezpiecznie stosować danych gatunek stali. Na wykresie linie łączą punkty o tej samej szybkości korozji.
Kwas siarkowy
W przypadku kwasu siarkowego dodatek molibdenu w stalach austenitycznych znacznie polepsza ich odporność na korozję (rys. 1). Najczęściej stosowanymi stalami w takim środowisku są stale typu EN 1.4404 (AISI 316L) a w szczególności EN 1.4438 (AISI 317L). Gatunek stali EN 1.4401 (AISI 316) zapewnia znacznie lepszą odporność w porównaniu do gatunku EN 1.4301 (AISI 304) przy niższej koncentracji kwasu, aż do stężenia 22% w temperaturze pokojowej i do stężenia około 5% kwasu w temperaturze 60°C. W zakresie średnich stężeń kwasu siarkowego (30-80%) stale korodują szybciej, a dodatek 1,5% miedzi polepsza ich odporność na oddziaływanie takiego środowiska. Wyższą odporność korozyjną zapewniają stale wysokostopowe o strukturze austenitycznej tzw. stale „superaustenityczne” EN 1.4539 (AISI 904L), EN 1.4547 (S31256 / 254 SMO) i EN 1.4652 (S32654 / 654 SMO) oraz szczególnie stale dwufazowe ferrytyczno-austenityczne typu duplex EN 1.4507 (Ferralium 255) i EN 1.4501 (Zeron 100), które stosuje się do wyższych stężeń kwasu siarkowego (rys. 2) oraz stop niklu „Alloy 20” o stężeniu miedzi ok. 3,5%. Gatunek stali EN 1.4539 (AISI 904L) został specjalnie zaprojektowany do pracy w środowisku kwasu siarkowego. Wykazuje on dobrą odporność na oddziaływanie tego kwasu w całym zakresie stężeń do temperatury 35°C.
Rys.1. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie siarkowym (VI) – H2SO4
Rys. 2. Krzywa korozyjna 0,05 mm/rok w czystym kwasie siarkowym (VI) – H2SO4
Kwas azotowy
W przypadku kwasu azotowego dla wysokich stężeń i temperatur kwasu zaleca się zastosowanie stali wysokostopowych o strukturze austenitycznej. Odporność stali nierdzewnych na oddziaływanie tego kwasu zwiększa się wraz z dodatkiem molibdenu w udziale min 3%, a w gatunkach bardziej stopowych około 6% i więcej. W zależności od temperatury i stężenia kwasu z powodzeniem stosuje się stale Cr-Ni typu EN 1.4301 i(AISI 304) i Cr-Ni-Mo 1.4401 (AISI 316) (rys. 3) oraz ich odmiany o ograniczony stężeniu węgla EN 1.4307 i 1.4404 (AISI 304L i 316L).
Rys. 3. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie azotowym (V) – HNO3
Kwas ortofosforowy
Austenityczne stale nierdzewne wykazują wysoką odporność na oddziaływanie czystego kwasu ortofosforowego (rys. 4) w szerokim zakresie stężeń i temperatury. Na podstawie krzywej izokorozyjnej dla szybkości korozji 0,1mm/rok w kwasie ortofosforowym gatunek stali typu EN 1.4301 (AISI 304) może być stosowany do stężenia kwasu około 25% od temperatury pokojowej do temperatury wżenia kwasu. Dla wyższych stężeń stosuje się stale wysokostopowe zwłaszcza gatunek EN 1.4539 (AISI 904L).
Rys. 4. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie ortofosforowym (V) – H3PO4
Kwas chlorowodorowy
Typowe gatunki stali nierdzewnych typu EN 1.4301 i 1.4401 (AISI 304 i 316) powinno uważać się za nie odporne na oddziaływanie kwasu chlorowodorowego (rys. 5) w każdym stężeniu i temperaturze. Gatunki bardziej stopowe stali nierdzewnych mogą wykazywać wyższą odporność na oddziaływanie tego kwasu, maksymalnie do około 3% w temperaturze otoczenia, ale również one mogą ulegać miejscowemu atakowi korozji w formie korozji szczelinowej i wżerowej nawet dla tak małych stężeń kwasu chlorowodorowego.
Bardziej odporne na oddziaływanie tego kwasu są gatunki wysokostopowe stali austenitycznych typu EN 1.4539 (AISI 904L), EN 1.4547 (SMO 254) i EN 1.4652 (SMO 654) ora stali dwufazowych austenityczno ferrytycznej typu duplex (SAF 2507 – EN 1.4410). Spośród wymienionych stali najwyższą odporność korozyjną w temperaturze pokojowej do stężenia kwasu 8% wykazuje stal gatunku EN 1.4652 (654 SMO) oraz dla wyższych temperatur kwasu stal typu duplex gatunku EN 1.4501 (Zeron 100). Generalnie nie zaleca się zastosowania stali nierdzewnych do pracy w takim środowisku korozyjnym. Do pracy pod stałym oddziaływaniem kwasu chlorowodorowego stosuje się stopy tytanu o znacznie wyższej odporności na korozję w porównaniu do stali nierdzewnych, w takim środowisku korozyjnym.
Najwyższą odpornością korozyjną w tak agresywnych środowiskach charakteryzują się stale wysokostopowe w następującej kolejności: stale austenityczne typu EN 1.4539 (AISI 904L), EN 1.4547 (254 SMO) i EN 1.4652 (654 SMO) oraz stale dwufazowe typu duplex EN 1.4462 (SAF 2205), EN 1.4507 (Ferralium 255), EN 1.4410 (SAF 2507) i EN 1.4501 (Zeron 100).
Rys. 5. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie solnym – HCl
Literatura
- Corrosion Handbook, Outokompu Stainless Steel, Ninth Edition, 2004, www.outokumpu.pl
- BSSA, Common names for chemicals and selection of appropriate stainless steel grades, www.bssa.com
