Czy armaturę (zawory, złączki) wykonaną ze stali nierdzewnej kwasoodpornej gat. 316L można zastosować w instalacji uzdatniania wody z okresowym kontaktem z kwasem chlorowodorowym (koncentracja 20%)?

Typowe gatunki stali odpornej na korozję 304 i 316 powinno uważać się za nie odporne na oddziaływanie kwasu chlorowodorowego w każdym stężeniu i temperaturze. Gatunki bardziej stopowe stali odpornych na korozję 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 (rys. 1). Do przechowywania tego kwasu należałoby raczej wybrać stopy niklu niż stale odporne na korozję.

Rys.1. Krzywa korozyjna 0,1 mm/rok w czystym kwasie chlorowodorowym

W przypadku instalacji niepracujących stale pod oddziaływaniem tego kwasu zastosowanie stali 316L jest w zupełności wystarczające. W przypadku wprowadzenia do instalacji kwasu chlorowodorowego może dojść do trawienia powierzchni stali (kwas chlorowodorowy i mieszaniny na jego bazie będą powodować zjawisko korozji wżerowej i szczelinowej). Bez względu na czas odziaływania tego kwasu skutki dla powierzchni stali będą negatywne. Poniżej przedstawiono tablicę odporności korozyjnej różnych gatunków stali odpornych na korozję na oddziaływanie kwasu chlorowodorowego (HCl) w zależności od koncentracji i temperatury (tab. 1). W instalacjach pracujących pod obciążeniem tak agresywnego środka korozyjnego należałoby zastosować elementy wykonane z gatunków wysoko stopowych - austenitycznych stali odpornych na korozję np: EN 1.4547; 1.4652, 1.4539 (1.4539/904L - z dodatkiem molibdenu i miedzi) i stali dwufazowych ferrytyczno-austenitycznych typu duplex X2CrNiMoCuN25-6-3/1.4507 oraz w zależności od możliwości ograniczyć czas trwania odziaływania kwasu na powierzchnię stali, a następnie intensywnie spłukać powierzchnię czystą wodą. Generalnie nie zaleca się zastosowania stali odpornych na korozje do pracy w takim środowisku korozyjnym. Do pracy pod stałym oddziaływaniem kwasu chlorowodorowego stosuje się stopy tytanu o znacznie wyższej odporności korozyjnej w porównaniu do stali nierdzewnych, lecz także o znacznie wyższej cenie materiału.

Poniżej przedstawiono zestawienie odporności na oddziaływanie kwasu chlorowodorowego (Hydrochloric Acid, HCl) dla wybranych gatunków stali odpornych na korozję (dane pochodzą ze strony internetowej firmy Outokompu).

Tablica 1. 
 Zestawienie odporności na oddziaływanie kwasu chlorowodorowego (Hydrochloric Acid, HCl) dla wybranych gatunków stali

 

 Legenda

 

 

Na elementy pracujące w wyższym zakresie stężeń i temperatur kwasu chlorowodorowego i 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. Stop NiFe30Cr21Mo3 może być stosowany do budowy aparatury chemicznej pracującej we wrzących lub gorących kwasach siarkowym i solnym (PN-EN ISO 13680:2002(U)). Stopy niklu objęte są normą PN-ISO 9722:2000.
Czyste stopy niklu (N02200 i N02201) i Monele wykazują w temperaturze pokojowej szybkość korozji na poziomie poniżej 0,25 mm/rok w kwasie chlorowodorowym(HCl) do stężenia 10%. Stopy te do stężenia HCl poniżej 0,5% mogą być stosowane do temperatury 200°C. Polepszoną odporność korozyjną w środowiskach zawierających jony miedziowe, żelazowe i chromiany wykazują stopy niklowo-chromowo-molibdenowe takie jak Inconel 625 (N06625) lub Hastelloy C-276 (N10276) o jeszcze wyższej odporności. Stopy niklowo-chromowo-molibdenowe wykazują również dobrą odporność na nieskażony (czysty) kwas chlorowodorowy. Z pośród stopów niklu najlepszą odpornością korozyjną (w szerokim zakresie stężeń i temperatury) w takich warunkach charakteryzują się stopy C-276 (N10276), 625 (N06625) i C-22 (N06022). Odporność korozyjna stopów niklu w HCl jest uzależniona od stężenia molibdenu. Stopem o największym stężeniu tego pierwiastka jest Hastelloy B-2 (N10665) i przez to wykazuje on najwyższą odporność na oddziaływanie tego kwasu.

Literatura
[1]. Corrosion of Stainless Steels in Supply (Drinking) and Waste (Sewage) Water Systems, SSAS Information Sheet No.4.92, Issue 02, 2001, www.bssa.com 
[2]. Stainless Steel Applications – Marine, International Stainless Steel Forum, issf.com
[3]. Selection of stainless steels in water supply and waste water treatment, www.bssa.com
[4]. Selection of stainless steels for handling hydrochloric acid (HCl), www.bssa.com
[5]. Outokompu Steel Professional Tool, www.outokompu.com
[6]. L. A. Dobrzański: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe, PWN, Warszawa 2006
[7]. H. Uhligh: Uhlig's Corrosion Handbook, John Wiley & Sons, 2000.