Materiał na zbiornik kwasu siarkowego H2SO4 o stężeniu 40% w temp. 90ºC
Jakiej stali użyć do zaprojektowania zbiornika, w którym medium to H2SO4 (kwas siarkowy VI) o stężeniu 40% a temp. to 90 stopni?
Określając możliwość zastosowania stali i innych stopów odpornych na korozję do kontaktu z kwasem siarkowym najlepiej posłużyć się wykresem izokorozyjnym (rys. 1), który określa szybkość korozji równomiernej (0,1 mm/rok) w zależności od stężenia i temperatury medium (kwasu siarkowego H2SO4). Każda linia na wykresie określa szybkość korozji (0,1 mm/rok) dla danego materiału w całym zakresie stężeń i temperatur środowiska. Poniżej krzywej szybkość korozji będzie niższa od 0,1 mm/rok, natomiast powyżej krzywej wyższa od tej wartości.
Analizując poniższy wykres można zauważyć, że austenityczna stal nierdzewna typu 1.4401 (AISI 316) może być stosowana do stężenia 30% kwasu siarkowego w temperaturze 20°C i maksymalnie do 77°C przy niskich stężeniach tego kwasu. Stal typu 1.4401 (AISI 316) może być także zastosowana dla wysokich stężeń kwasu siarkowego (92-98%) w temperaturze maksymalnie do 40°C.
Do kontaktu z kwasem siarkowym o stężeniu 40% i temperaturze 90ºC może okazać się niewystarczające nawet zastosowanie stali nierdzewnej gatunków typu duplex (EN 1.4507 / Ferralium 255 i EN 1.4501 / Zeron 100). Dla podanego środowiska pracy należy zastosować materiały jeszcze bardziej odporne na kwas siarkowy jakim są stopy niklu typu hastelloy zawierające do 20% Fe i do 25% Mo oraz Cr, którego stężenie może dochodzić do 20%, a także stop typu Incoloy 825 (2.4858).
Analizując zastosowanie stopów niklu do kontaktu z kwasem siarkowym należy rozważyć jego stężenie, czystość (możliwość występowania zanieczyszczeń, np. od związków bogatych w chlorki), temperaturę oraz charakter środowiska (utleniający, redukujący). Dla środowiska czystego kwasu siarkowego i jego wysokiej temperatury (powyżej 80°C) oraz średniego stężenia kwasu (30-70%) zaleca się stopy niklu Ni-Mo (typu Hastelloy B-2 UNS N10665 / EN 2.4617), które wykazują bardzo wysoką odporność korozyjną na warunki redukujące, która jednak spada w przypadku obecności zanieczyszczeń wywołujących warunki utleniające środowiska i stopy niklu Ni-Cr-Mo, np. typu HASTELLOY C-2000 UNS N06200/ EN 2.4675, który charakteryzuje się wysoką odpornością korozyjną zarówno w warunkach redukujących jak i utleniających. Stosuje się również mniej odporny na korozję stop niklu Ni-Cr-Mo typu Incoloy 825 UNS N08825 / EN 2.4858, który w wielu zastosowaniach stanowi najbardziej ekonomiczny wybór.
Rys. 1. Wykres izokorozyjny 0,1 mm/rok w czystym kwasie siarkowym H2SO4
Literatura
[1]. C.M. Schillmoller, Selection and performance of stainless steels and other nickel-bearing alloys in sulphuric acid, Nickel Institute NiDi Technical series, No. 10 057, www.nickelinstitute.org
[2]. Guide to corrosion-resistant nickel alloys, Haynes International, Inc., H-2114b, www.haynesintl.com