Jaka jest szybkość korozji stali 316Ti i 904L w środowisku 94% kwasu siarkowego o temperaturze 60ºC.
Dobierając stal odporną na korozje do pracy w środowisku kwasu siarkowego (H2SO4) należy uwzględnić jego stężenie i temperaturę. Kwas siarkowy jest utleniający w przypadku wysokich stężeń, natomiast redukujący, gdy występuje w niskich i średnich stężeniach. Generalnie większość stali nierdzewnych jest odporna na oddziaływanie tego kwasu przy jego niskich lub wysokich stężeniach, ale ulega korozji w przypadku stężeń pośrednich.
Dobierając stal odporną na korozję do pracy w takim środowisku można się posłużyć wykresem korozja – temperatura – stężenie kwasu (rys. 1). Można go zastosować do wyznaczenia czy dany materiał nadaję się do zastosowania w danych warunkach czy też nie w zależności od stężenia i temperatury kwasu. Odporność korozyjna danej stali uznawana jest jako wystarczająco dobra, jeżeli ubytek materiału wynosi poniżej 0,1 mm/rok. Linie na wykresie dla podanych gatunków oznaczają szybkość korozji 0,1 mm/rok. Poniżej krzywej materiał koroduje wolniej - w takich warunkach można stosować dany materiał, natomiast powyżej krzywej szybkość korozji jest wyższa od 0,1 mm/rok i jego użycie nie jest zalecane.
Rys.1. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie siarkowym
Rys. 2. Krzywa korozyjna 0,05 mm/rok w czystym kwasie siarkowym
Zastosowanie gatunków stali odpornej na korozję typu 18-10 (EN 1.4301, AISI 304) ograniczone jest do rozcieńczonego kwasu (do 5%) w temperaturze pokojowej. Wzrost temperatury ośrodka korozyjnego szybko wyklucza zastosowanie w takim środowisku tej stali. Można ją za to z powodzeniem stosować przy koncentracji kwasu powyżej 90% w temperaturze pokojowej.
Dodatek molibdenu w stalach austenitycznych znacznie polepsza ich odporność na korozję. Najczęściej stosowanymi stalami w takim środowisku są: X2CrNiMo17-12-2/1.4404 (AISI 316L) a w szczególności X2CrNiMo18-15-2/1.4438 (AISI 317L). Gatunek stali (EN 1.4401, AISI 316) zapewnia znacznie lepszą odporność w porównaniu do gatunku (EN 1.4301) przy niższej koncentracji kwasu, aż do stężenia 22% w temperaturze pokojowej i do stężenia około 5% kwasu w temperaturze 60 C. W kwasie o temperaturze powyżej 70ºC zaleca się stosowanie stali austenitycznych zawierających w swym składzie molibden i ok. 0,5% krzemu (EN 1.4361 ). W zakresie średnich stężeń kwasu siarkowego (30-80%) stale korodują szybciej, a dodatek 1,5% miedzi polepsza ich odporność na oddziaływanie takiego środowiska. Do takiej rodziny stali należą stale super-austenityczne X1NiCrMoCu25-20-5/1.4539 (904L), X1CrNiMoCuN20–18–7 / 1.4547 (S31256 / 254 SMO) i 1.4652 (S32654 / 654 SMO) a w szczególności stale dwufazowe ferrytyczno-austenityczne typu duplex X2CrNiMoCuN25-6-3 / 1.4507 (Ferralium 255 i Zeron 100 – EN. 1.4501), które stosuje się do wyższych stężeń kwasu siarkowego (rys. 2) oraz stop niklu „Alloy 20” o stężeniu miedzi ok. 3,5%. Gatunek stali AISI 904L (EN 1.4539) został specjalnie zaprojektowany do pracy w taki środowisku korozyjnym, wykazuje on Dorą odporność na oddziaływanie kwasu siarkowego w całym zakresie stężeń do temperatury 35 C
Na elementy pracujące w wyższym zakresie stężeń i temperatur kwasu siarkowego stosuje także stopy niklu odporne na korozję typu hastelloy zawierające do 20% Fe i do 25% Mo oraz Cr, którego stężenie może dochodzić do 20%. Stop NiCr22Fe20Mo7Cu2 stosowany jest na zbiorniki do przechowywania kwasów fosforowego i siarkowego. Stopy niklu objęte są normą PN-ISO 9722:2000.
Więcej informacji na temat odporności korozyjnej stali nierdzewnej na oddziaływanie kwasu siarkowego można znaleźć na stronie producentów stali, w tym www.outokumpu.com i https://www.materials.sandvik/en/.
Tablica 1
Orientacyjny skład chemiczny wybranych stali i stopów niklu stosowanych w środowisku kwasu siarkowego
| PN-EN 10088 | AISI/ASTM1) | Stężenie pierwiastków, % | |||||||
| Znak stali | Numer | C | Cr | Ni | Mn | Mo | Inne | ||
| Stale austenityczne | |||||||||
| X2CrNi19–11 | 1.4306 | 304L | ≤0,03 | 19 | 11 | ≤2 | - | N≤0,11 | |
| X2CrNiMo17–12–2 | 1.4404 | 316L | ≤0,03 | 17,5 | 11,5 | ≤2 | 2,3 | N ≤0,11 | |
| X2CrNiMoN17–13–5 | 1.4439 | 317L4/S31726 | ≤0,03 | 17,5 | 13,5 | ≤2 | 4,5 | N:0,17 | |
| Stale superaustenityczne | |||||||||
| X1NiCrMoCu25–20–5 | 1.4539 | 904L/N08904 | ≤0,02 | 20 | 25 | ≤2 | 4,5 | Cu:1,6,N≤0,15 | |
| X1CrNiMoCuN20–18–7 | 1.4547 | S31256/ 254 SMO® 2) |
≤0,02 | 20 | 18 | ≤1 | 6,5 | Cu:0,8, N: 0,22 | |
| X1CrNiMoCuN24-22-8 | 1.4652 | S32654/ 654 SMO® 2) |
≤0,02 | 24 | 22 | 3,5 | 7,3 | Cu:0,8, N: 0,5 | |
| Stal ferrytyczno-austenityczna | |||||||||
| X2CrNiMoCuN25–6-3 | 1.4507 | S32550/ Ferralium 255 |
≤0,03 | 25 | 6,5 | - | 3,4 | Cu: 1,8, N: 0,23 | |
| X2CrNiMoN22–5–3 | 1.4462 | 2205 | ≤0,03 | 22 | 5,5 | - | 3 | N:0,16 | |
| X2CrNiMoCuWN25–7–4 | 1.4501 | Zeron 100 | ≤0,03 | 25 | 7 | - | 3,5 | Cu: 0,8, N:0,25, W: 0,8 |
|
| Stopy niklu | |||||||||
| NiCr22Fe20Mo6Cu2Nb | - | - | ≤0,05 | 22,3 | reszta | 1,5 | 6,5 | Fe: 18,5, Co: 2,5, Cu:2,0, Nb+Ta: 2,1 | |
| NiCr22Fe20Mo7Cu2 | - | - | ≤0,015 | 22,3 | reszta | ≤1 | 7 | Fe: 18,5, Co ≤5, Cu:2,0, Nb+Ta: 0,5 W≤1,5 | |
| - | - | Alloy 20 – N080203) | 0,06 | 20 | 34 | - | 2,5 | Cu: 3,5 | |
| - | - | Alloy B – N106553) | 0,01 | 1,0 | 70 | - | 26 | Co: 1,0, Fe: 2,0 | |
|
1) American Iron and Steel Institute
2) Opatentowany gatunek stali
3) Oznaczenie wg UNS
|
|||||||||