Szybkość korozji stali 316Ti i 904L w środowisku 94% kwasu siarkowego o temperaturze 60ºC.
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 grubości stali wynosi poniżej 0,1 mm/rok.
Rys. 1. Krzywa korozyjna 0,1 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.
Rys. 2. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie siarkowym
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 60ºC. 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 takim środowisku korozyjnym, wykazuje on dobrą odporność na oddziaływanie kwasu siarkowego w całym zakresie stężeń do temperatury 35ºC.
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.
Tablica 1
Orientacyjny skład chemiczny wybranych stali i stopów niklu stosowanych w środowisku kwasu siarkowego
Więcej informacji na temat odporności korozyjnej stali nierdzewnej na oddziaływanie kwasu siarkowego można znaleźć na stronie www.outokumpu.com.