какая кислота разъедает чугун
Чугун, коррозионные свойства / стойкость
ЧУГУН
Таблица 1. Сравнительные данные по скорости коррозии чугуна и стали в растворах солей и щелочей.
| Воздействующая среда | Концентрация раствора в % | Потери в весе Г/м 2 день | |||
| Нержавеющий чугун | Обыкновенный серый чугун | Мягкая сталь | Нержавеющая сталь | ||
| Аммоний хлористый | 5 | 1,53 | 23,33 | 11,39 | 0,03 |
| Аммоний хлористый при 93 о С | 5 | 2,83 | 97,23 | 55,39 | 1,19 |
| Аммоний хлористый | 10 | 3,85 | 21,41 | 10,9 | 0 |
| Аммоний хлористый при 93 о С | 10 | 2,83 | 104,6 | 49,74 | 1,12 |
| Аммоний сернокислый | 5 | 3,5 | 13,85 | 4,92 | 0,02 |
| Аммоний сернокислый | 10 | 2,16 | 15,13 | 4,99 | 0,03 |
| Аммоний сернокислый | 25 | 0,37 | 5,74 | 1,5 | 0,01 |
| Алюминий сернокислый | 5 | 8,17 | 17,35 | 72,23 | 0 |
| Бензин | — | 0 | 0 | 0,04 | 0,4 |
| Медь сернокислая | 0,5 | 21,25 | 55,51 | 32,28 | 0 |
| Медь сернокислая | 10 | 25,7 | 226 | 496,7 | 0 |
| Кальций хлористый | 5 | 2,75 | 4,77 | 3,54 | 0,01 |
| Известь хлорная концентрированная | — | 0,39 | 3,12 | 4,3 | 0 |
| Кальций хлористый и магний хлористый 5%-ный | — | 2,31 | 2,44 | 2,57 | 0,02 |
| Известковая вода | — | 0,11 | 1,52 | 0,99 | 0 |
| Магний хлористый | 5 | 3,37 | 5,31 | 3,29 | 0,01 |
| Керосин | — | 0,25 | 0,26 | 0,42 | 0,04 |
| Квасцы калийные | 0,5 | 0,09 | 3,17 | 2,75 | 0,02 |
| Квасцы калийные | 10 | 5,27 | 15,72 | 14,35 | 0,04 |
| Сода кальцинированная | 5 | 0 | 10 | 0 | 0 |
| Сода кальцинированная | 10 | 0 | 0 | 0,02 | 0 |
| Натрий хлористый | 5 | 2,94 | 3,01 | 2,9 | 0,02 |
| Натрий хлористый при 93 о С | — | 1,43 | 2,27 | 2,57 | 0 |
| Натрий хлористый | 10 | 1,93 | 2,98 | 2,36 | 0,01 |
| То же при 93 о С | — | 0,99 | 2,04 | 3,25 | 0,25 |
| Натрий хлористый | 20 | 1,76 | 1,74 | 1,69 | 0,01 |
| То же при 93 о С | — | 0,64 | 0,01 | 1,67 | 0,28 |
| Натрий фосфорнокислый | 5 | 0,03 | 0,2 | 0,09 | 0 |
Таблица 2. Сравнительные данные по скорости коррозии чугуна и стали в кислотах
| Воздействующая среда | Концентрация раствора в % | Потери в весе Г/м 2 день | |||
| Нержавеющий чугун | Обыкновенный серый чугун | Мягкая сталь | Нержавеющая сталь | ||
| Уксусная кислота | 5 | 18,35 | 311,5 | 51,76 | 0,02 |
| Уксусная кислота | 10 | 10,72 | 441,5 | 61,34 | 0,01 |
| Уксусная кислота | 25 | 11,65 | 394,2 | 74,03 | 0,04 |
| Уксусная кислота | 50 | 39,85 | 320,6 | 76,5 | 0,01 |
| Уксусная кислота | 75 | 37,73 | 238,8 | 47,64 | 0 |
| Уксусная кислота концентрированная | — | 10,7 | 40,78 | 89,54 | 0 |
| Карболовая кислота | 5 | 4,08 | 4,78 | 3,08 | 0,04 |
| Лимонная кислота | 5 | 46,29 | 296,6 | 199,3 | 0,01 |
| Соляная кислота | 5 | 6,05 | 535,3 | 331,9 | 1,42 |
| Соляная кислота | 10 | 4,66 | 611,5 | 787,4 | 3,4 |
| Соляная кислота | 25 | 8,07 | 609,1 | 1108 | 8,81 |
| Соляная кислота | 50 | 23,03 | 618,6 | 1482 | 28,34 |
| Соляная кислота | 75 | 61,49 | 610,6 | 1275 | 372,9 |
| Соляная кислота концентрированная | — | 190,9 | 557,3 | 650 | 563,9 |
| Азотная кислота | 5 | 425,7 | 515,8 | 704,9 | 0,05 |
| Азотная кислота. | 10 | 1217 | 1515 | 1303 | 0 |
| Азотная кислота | 25 | 528,8 | 572 | 3306 | 0 |
| Азотная кислота | 50 | 531,6 | 379,8 | Образец разрушился | 0 |
| Азотная кислота | 75 | 451,5 | 347,4 | 20,26 | 0 |
| Азотная кислота концентрированная | — | 383,6 | 338,1 | 12,36 | 0 |
| Сернистая кислота | (60%СО2) | 131,84 | 557,2 | 511,1 | 0 |
| Серная кислота | 5 | 3,06 | 614,5 | 917 | 0 |
| Серная кислота | 10 | 3,23 | 702 | 1474 | 0,6 |
| Серная кислота | 25 | 0,56 | 675,6 | 1179 | 42 |
| Серная кислота | 50 | 0,75 | 5,28 | 7,89 | 103,8 |
| Серная кислота концентрированная | 75 | 11,9 | 1,11 | 1,27 | 0,17 |
Таблица 3. Сравнительные данные по скорости коррозии чугуна и стали в воде.
Коррозионная стойкость чугуна
Коррозионное разрушение чугуна вызывается электрохимическими, реже, чисто химическими процессами. Коррозия может быть равномерной, местной, межкристаллитной избирательной.
В общем случае коррозия оценивается обычно как скорость уменьшения массы материала и выражается в г/(м2∗ч) или в мм/год. В зависимости от этих потерь различают классы стойкости при коррозии в сильно- и среднеагрессивных средах (табл. 1).
| Класс | Характеристики стойкости металла | Уменьшение массы металла при коррозии | |
|---|---|---|---|
| г/(м 2 ∗q) | мм/год | ||
| 1 | Вполне стойкие | 10,0 | >12,0 |
Сопротивление коррозии зависит как от особенностей металла, так и от внешних факторов — состава и температуры среды, доступа кислорода, движения раствора или газа относительно металла. В частности, повышение температуры и скорости движения среды увеличивает скорость коррозии.
К факторам, связанным с особенностями металла, относятся структура, химический состав, шлаковые и газовые включения, напряжения н состояние поверхности.
По сопротивлению коррознн серые чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом в различных средах могут быть отнесены к различным классам стойкости (табл. 2), В сравнительно чистом и сухом воздухе эти чугуны весьма стойки благодаря образованию пассивирующей пленки (скорость коррозии
0,025 мм/год). Коррозия начинает возрастать при загрязнении атмосферы, главным образом сернистыми газами. При этом состав и тип чугуна, в частности форма графита и характер матрицы, оказывают сравнительно небольшое влияние. Единственным элементом, полезным в этих условиях, является медь.
Роль состава и структуры чугуна также не очень велика при коррозии в природных, промышленных, лечебных и морских водах, хотя чугун марок ВЧ, особенно перлитный, обладает более высокой коррозионной стойкостью в морской воде, чем чугун марок СЧ. Главное влияние в этих условиях, как и при атмосферной коррозии, оказывают состав среды и плотность отливок. Растворы солей, гидраты которых придают воде кислотный характер, значительно ускоряю коррозию, а соли, дающие при гидролизе щелочные растворы, замедляю коррозионный процесс.
В условиях подземной коррозии существенное влияние оказывают так факторы, как состав и электрическое сопротивление почвы, характер контакта, наличие блуждающих токов и др. В частности, с увеличением электрического сопротивления почвы с 100—200 до 20 000 Ом∗см скорость коррозии уменьшается в 3 раза. Несколько большее сопротивление коррозии в почве оказывают чугуны марок КЧ и ВЧ, особенно в агрессивной среде.
| Чугун | Условия эксплуатации | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Промышленная атмосфера | Влажная камера с ежедневной добавкой 0,3% SO2 | Проточная водопроводная при 25 °C | Морская вода *1 | 10%-ный раствор соды при 50 °C | 3%-ный раствор при 10-19 °C | 5%-ная кислота | |||
| серная | соляная | азотная | |||||||
| Белый | — | — | — | 0,045 | — | — | — | — | — |
| Серый | 0,141 | 0,242 | 0,267 | 0,03-0,09 | 0,0185 | 0,084 | 30,7 | 26,7 | 25,8 |
| Высокопрочный: | |||||||||
| ферритный | 0,181 | 0,285 | 0,216 | 0,025-0,105 | 0,01 | 0,077 | — | — | — |
| ферритно-перлитный | 0,181 | 0,235 | 0,257 | — | — | 0,083 | — | — | — |
| перлитный | 0,141 | 0,220 | 0,285 | 0,05-0,07 | 0,012 | 0,084 | — | — | — |
| Ковкий | — | — | — | 0,045-0,08 | — | — | — | — | — |
| Коррозионно-стойкий типа неризист 4Н15Д7 | — | — | 0,049 | 0,02 | — | — | 0,152 | 0,3 | 21,3 |
| Кремнистый типа ЧС15, ЧС15МЧ | — | — | — | — | — | — | 0,125 | 0,125 | — |
| *1 При испытании в проточной морской воде скорость коррозии превышает аналогичные данные в простой воде. Скорость коррозии 1 г/(м 2 ∗ч) = 1,2мм/год | |||||||||
В общем случае для этих чугунов коррозионная стойкость повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы, а также при уменьшении содержания Si, S, Р. Повышают сопротивление коррозии модифицирование, а также легирование Сu (до 1,4%), Ni (до 3,0%), Сr (до 1,0%). Для работы в щелочной среде рекомендуются чугуны, содержащие 0,8—1,0% Ni и 0,6—0,8% Сr или 0,35—0,5% Ni и 0,4—0,6% Сr.
Однако при воздействии на металл сильных реагентов, кислот и щелочей следует применять высоколегированные чугуны. В этих случаях основное значение приобретает химический состав чугуна. Роль структуры, особенно формы выделения графита, значительно меньше. При прочих равных условиях наилучшими являются аустенитная или ферритная структура. Компактный или пластинчатый графит мало различаются по своему влиянию, если последний разобщен, сравнительно невелик и равномерно распределен.
Повышение сопротивления чугуна коррозии в агрессивных средах достигается легированием элементами, которые обладают высоким потенциалом (Cu, Ni, Мо) и являются более устойчивыми, либо способны образовать защитные пассивирующие пленки (Сг, Si, А1) в гой или иной среде, либо обладают обоими этими свойавами.
Химическая стойкость чугуна в кислотах резко увеличивается при содержании кремния
1,5%. Сплавы ЧС15, ЧС17 стойки в азотной, фосфорной, уксусной и, что особенно важно, в серной кислоте при любых концентрациях и температуре и в смеси HN03 и H2S04. Ферросилиды стойки также в растворах солей, но легко корродируют под воздействием соляной кислоты, крепких щелочей и фтористых соединений. Для повышения стойкости в кислоте НСl сплавы легируют до 4,0% Мо (ЧС15М4, ЧС17МЗ). Эти сплавы известны под названием антихлор. Антихлор устойчив в соляной кислоте любой концен. трации при всех температурах, в азотной кислоте любой концентрации, в лимонной, пикриновой, серной и фосфорной кислотах, перекиси водорода четыреххлористом углероде, железно) купоросе. Недостатком этих сплавов является большая хрупкость, плохая обрабатываемость и низкие механические свойства. Поэтому применяют ферросилиды только в условиях, когда необходима низкая скорость коррозии, не выше 0,25 мм/год.
В условиях воздействия щелочей используют обычно чугуны, легированные никелем (хромом). Наилучшие результаты достигаются при использовании высоколегированных чугунов типа неризист (например, ЧН15Д7Х2). Эти чугуны стойки также в холодных разбавленных растворах серной кислоты. В соляной кислоте чугун этого типа менее стоек, а в азотной — нестоек (см. табл. 2).
При большом содержании хрома (12—35%) чугун оказывается химически стойким во многих средах, кислотах, щелочах, солях и особенно в азотной кислоте благодаря образованию оксидной пассивирующей пленки. В соляной кислоте оксидная пленка на этих сплавах разрушается вследствие воздействия хлоридов.
Почему ржавеет чугунная посуда и как ее очистить
Чугунная посуда имеет массу достоинств. В ней можно приготовить вкусную и полезную еду, ведь материал при нагреве не выделяет никаких вредных примесей. Порой хозяйки интересуется, ржавеет ли чугун, могут ли сковорода или казан испортиться, или же посуда служит вечно? Чтобы надолго сохранить изделия в первозданном виде, за ними нужно правильно ухаживать, и тогда регулярно менять кухонную утварь не потребуется.
Причины появления ржавчины
Чугун, несмотря на высокую прочность, тоже может ржаветь, ведь этот материал относится к черным металлам, значит, подвержен коррозии. Ржавчиной называется продукт окисления металлов, который появляется при реакции последних с кислородом при участии воды или агрессивных химических веществ. Легко ржавеет только обычная углеродистая сталь, остальные металлы меньше страдают от коррозии.
Если на чугуне обнаружены пятна ржавчины, причины этого явления могут быть следующими:
Подготовка к использованию
Чтобы новое изделие длительно служило хозяйке, после покупки нужно уделить внимание его подготовке к приготовлению пищи. Вначале казан, кастрюлю, сковороду моют с хозяйственным мылом или любым средством для посуды. После вытирают чугун мягким полотенцем, ставят на плиту, вливают небольшое количество растительного масла. Прокаливают посуду, равномерно распределяя масло по поверхности. Такая процедура поможет закрыть поры в новом материале и послужит профилактикой коррозии.
Изделия без пластиковых ручек удобно прокаливать в духовке, влив масло и оставив нагреваться до появления легкого дыма. Можно немного нагреть в духовом шкафу пустую сковороду, а затем сразу же промазать ее растительным маслом при помощи силиконовой кисточки.
Как очистить чугун от ржавчины?
Пятна ржавчины могут негативно повлиять на здоровье, ведь их частицы попадают в пищу. Поэтому готовить в посуде с элементами коррозии нельзя, вначале от них надо полностью избавиться. Чтобы надежно очистить от ржавчины чугунную посуду и предупредить появление новых дефектов, вначале производят обработку химическим или механическим способом, а затем создают защитное покрытие. Для чистки можно применять народные методы и различные моющие вещества.
Пищевая сода
Обычной содой можно убрать ржавчину с чугунного казана, если она занимает небольшую площадь и не захватила изделие полностью. Особенно хорошо очищается коррозия при ее тонком слое, поскольку сода является довольно мягким абразивом. Для очищения посуды поступают таким образом:
Соль тоже используется при локальном поражении чугунных изделий ржавчиной. Можно механически почистить утварь солью, немного смочив ее, либо сделать так:
После рекомендуется смешать крупную соль поровну с подсолнечным маслом, тщательно обработать массой сковороду изнутри, потом сполоснуть.
Уксус
Когда ржавчина имеет толстый слой, рекомендуется использовать уксус. Соединяют столовый уксус и воду поровну, наливают в посуду доверху, оставляют на 3 часа. Если казан заржавел снаружи, придется погрузить его в более крупную емкость с таким же раствором. При отсутствии эффекта можно прокипятить утварь в уксусном растворе с добавлением небольшого количество соли в течение 2 часов на медленном огне, а затем отчистить остатки загрязнений.
Сильные чистящие средства
Когда простые абразивы не помогают, можно использовать чистящие средства на основе соляной кислоты, она вызывает переход ржавчины в состояние пудры. Надевают перчатки, наносят средство на стенки посуды, оставляют на 30 минут. После изделие отмывают с хозяйственным мылом, вытирают насухо.
«Пемолюкс»
Обычным чистящим порошком для кухни посыпают влажную посуду, затем очищают ее стенки от ржавчины щеточкой, мочалкой. Не стоит применять подобное средство для внутренних частей сковород, казанов, таким образом можно обрабатывать утварь только снаружи.
Наждачка
При появлении толстого слоя ржавчины отличный результат в очищении дает наждачка. Подойдет наждачная бумага с зерном №5 для удаления самых крепких загрязнений, а также более мелкая для чистовой шлифовки. Нужно аккуратно, последовательно оттирать ржавый налет, пока он полностью не исчезнет, затем хорошо промыть изделие.
Вываривание
Данный метод чистки сразу удалит не только ржавчину, но и нагар, сажу, иные типы загрязнений, в том числе – прилипшую пищу. В воде необходимо растворить 100 г натертого хозяйственного мыла, 100 г канцелярского клея. Состав нагреть, поместив в него посуду, варить 4 часа на медленном огне. Затем снять любую грязь можно простой губкой.
Кока-кола
Напитки «Кока-кола» или «Пепси» содержат фосфорную кислоту, которая растворяет ржавчину. В емкость нужно налить напиток в достаточном количестве, погрузить чугунное изделие, довести на плите до кипения. После закипания жидкости выключить огонь, подержать утварь до остывания напитка, затем очистить нагар, ржавчину.
Рыбий жир
Жиром тщательно смазывают сковороду, оставляют на 4 часа. После обрабатывают чугун металлической щеткой, легко снимая ржавчину, моют водой с хозяйственным мылом.
Особенности ухода за чугунной посудой
После любого типа очистки нужно провести мероприятия по созданию защитного слоя на чугуне, чтобы предотвратить появление коррозии в будущем:
Чугун всегда должен оставаться немного жирным – это позволит ему поддерживать защиту от коррозии в течение длительного времени. В дальнейшем надо соблюдать такие советы по уходу:
Качественный уход за чугуном позволит сохранить изделия в отличном состоянии, исключить появление ржавчины, при этом подержать антипригарные качества и способность сохранять тепло.
Выбор материала проточной части
Поверхностное разрушение металла под действием внешней среды называется коррозией.
Чистое железо и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, в воде и многих других средах, так как образующаяся пленка окислов недостаточно плотна и не изолирует металл от химического воздействия среды. Некоторые элементы повышают устойчивость стали против коррозии, и таким образом можно подобрать сталь, практически не подвергающуюся разрушению в данной среде.
При введении таких легирующих элементов происходит скачкообразное повышение коррозионной стойкости. К примеру, введение в сталь более 12% хрома (Cr) делает ее коррозионностойкой в атмосфере и во многих других промышленных средах. Стали содержащие менее 12% Cr, практически в столь же большой степени подвержены коррозии, как и железо. Стали содержащие 12-14% Cr, ведут себя как благородные металлы: обладая положительным электрохимическим потенциалом, они не ржавеют и не окисляются на воздухе, в воде, в ряде кислот, солей и щелочей.
Хромистые нержавеющие стали
Хромистые нержавеющие стали применяют трех типов: 13, 17 и 27% Cr в зависимости от требований имеют различное содержание углерода.
Стали с более 17% Cr имеют иногда небольшие добавки титана и никеля, которые вводят для улучшения механических свойств. Помимо этого стали с таким содержанием хрома обладают высокой коррозионной стойкостью вплоть до температуры 900 ºС.
Аустенитные стали
Введение достаточного количества никеля (Ni) в хромистую сталь обеспечивает лучшую механическую прочность, делает сталь более коррозионностойкой и не хладноломкой. Нержавеющие стали с 18% Cr и 10% Ni получили наиболее широкое распространение в машиностроении.
Для того, чтобы повысить сопротивление коррозии в кислотах в сталь вводят молибден и медь, особенно молибден с медью при одновременном увеличении содержания никеля. При необходимости, чтобы иметь еще и высокие механические свойства вводят титан и алюминий.
Более высокую коррозионную стойкость имеют никеливые сплавы типа хастеллой 80% Ni и 20% Mo (сплавы НИМО) с дополнительным легированием.
Титан
Титан (Ti) имеет высокую удельную прочность, благодаря чему сплавы на его основе получили широкое применение в технике, особенно в тех областях, где важное значение имеет масса (авиация, ракетостроение и др.). Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в большом количестве агрессивных сред, превосходя зачастую в этом отношении нержавеющую сталь. Поэтому проще перечислить среды, в которых титан растворяется: например, плавиковая, соляная, серная, ортофосфорная, щавелевая и уксусная кислоты.
Тугоплавкие металлы
Следует отметить, что при высоких температурах все тугоплавкие металлы являются кислотостойкими. При этом наиболее сильно выделяется тантал. Ниобий и молибден по коррозионной стойкости превосходят сплавы на основе железа или никеля, однако уступают танталу.
Применение таких материалов целесообразно в средах, в которых другие материалы не обладают коррозионной стойкостью. К таким средам относятся неорганические крепкие кислоты при повышенных температурах, а так же некоторые промышленные среды.
Несмотря на высокую стоимость металлов по сравнению с такими коррозионностойкимиматериалами, как высоколегированная нержавеющая сталь или хастеллой, применение сплавов тугоплавких металлов оправдано, так как вследствие высокой стойкости возможно эксплуатировать химические установки практически весь срок без замены приборов.Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в некоторых кислотах.Прии комнатной температуре высокой стойкостью в этой кислоте обладают все
Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в некоторых кислотах
Серная кислота
При 70ºС хромоникелевые стали нестойки даже в кислотах слабой концентрации, но примерно до 5% H2SO4 могут работать стали с добавлением молибдена и меди.
Однако последние разрушаются в кипящей серной кислоте до концентрации 30%. В этих случаях следует применять сплавы типа хастеллой, а при концентрации выше 30% в кипящей серной кислоте могут работать лишь тугоплавкие металлы.
Фосфорная кислота
В соляной кислоте устойчивы стали с добавлением молибдена или меди при комнатной температуре и до концентрации 5%.
Коррозионная стойкость металлов и сплавов при нормальных условиях
Данная таблица коррозионной стойкости предназначена для составления общего представления о том, как различные металлы и сплавы реагируют с определенными средами.
Рекомендации не являются абсолютными, поскольку концентрация среды, ее температура, давление и другие параметры могут влиять на применимость конкретного металла и сплава.
На выбор металла или сплава также могут оказывать влияние экономические соображения.
Условные обозначения: