Лабораторная работа №5
Изучение влияния внешних примесей и времени эксплуатации на
параметры коррозионных процессов стали.
а. Общие сведения
Большое влияние на коррозионную стойкость оказывает способ её производства вследствие различия в химическом составе, обусловленном особенностями этих способов и назначается получаемой стали.
Состав железоуглеродистых сплавов может по–разному сказывается на их коррозионной стойкости.
Из трёх основных структурных составляющих железоуглеродистых сплавов (феррита, цементита и графита); феррит обладает наименьшей коррозионной стойкостью, а графит – наибольшей. Цементит и графит обычно имеют в электролитах более положительные потенциалы, чем феррит, и является по отношению к нему катодами.
В процессе выплавки в железоуглеродистые сплавы попадают сера, фосфор, кремний, марганец, а иногда медь, хром и никель.
Повышение содержания в железоуглеродистых сплавов катодного компонента – углерода, увеличивает скорость их коррозии в непассивирующих растворах кислот за счёт снижения перенапряжения водорода меньше влияет на скорости коррозии в неподвижных нейтральных средах и уменьшает скорость коррозии, способствуя пассивированию сплавов в определённых условиях (преобладание анодного контроля).
Сера заметно снижает коррозионную стойкость железоуглеродистых сплавов в кислотах и атмосфере: участки защитной плёнки около сернистых включений FeS и MnS защищает сплав хуже, чем нормальная окисленная плёнка. Кроме того, сульфиды, разрушаясь в электролите, образуют сероводород, который заметно повышает скорость коррозии.
Фосфор несколько повышает стойкость железоуглеродистых сплавов против атмосферной коррозии, особенно при наличии в них меди и хрома.
Кремний при наличии его в стали в количестве 0.1… 0.1% и в чугунных 1…2% не оказывает влияния на коррозионную стойкость, а при содержании свыше 1% в стали и 3% в чугуне несколько понижает стойкость в связи с ухудшением по отношении к щелочам защитных свойств плёнки, содержащей окись кремния.
Коррозионная стойкость железоуглеродистых сплавов повышается только при высоком содержании кремния (порядка 14%), что соответствует второй границе устойчивости твёрдых растворов, т. е. 2/8 атомной доли.
Марганец практически мало влияет на коррозионную стойкость.
Медь заметно повышает коррозионную стойкость в атмосфере и в воде, не содержащую депассивирующих ионов (например, Сℓ), даже при незначительном её содержании (рис.1)
Рис.1 Влияние содержания меди на скорость атмосферной коррозии стали.
Хром как элемент легкопассивирующийся несколько увеличивает коррозионную стойкость, а при одновременном легировании их медью этот эффект ещё значительнее. С повышением содержания хрома коррозионная стойкость сплавов в различных средах растёт. При достаточно высоком легировании хромом (>13%), получают коррозионностойкие стали.
Никель в небольшом количестве почти не влияет на коррозионную стойкость. С увеличением содержания никеля возрастает стойкость сплавов в щелочных средах.
Термообработка железоуглеродистых сплавов почти не влияет на их коррозионную стойкость в атмосферных условиях, заметно изменяет её в нейтральных водных растворах (коррозия с кислородной деполяризацией) и очень сильно – в кислых растворах (коррозия с водородной деполяризацией) (Рис.2)
Изотермическая обработка повышает коррозионную стойкость железоуглеродистых сталей в кислых растворах по сравнению с обычной закалкой и последующим отпуском, что связано с образованием пластинчатых или игольчатых структур (перлит, бейнит), соответствующих коррозионную стойкость, близкую к таковой у сплавов, закалённых на мартене.
Вид термообработки |
Потери массы за 1100г, г/м2 | |
Сталь Ст2 |
Сталь 15ХСНД | |
Отжим при 680 0С на зернистый перлит. Закалка в воду с 640 0С Закалка в воду с 1100 0С |
58.6
25.2 26.3 |
27.7
- 12.4 |
Хорошие результаты достигаются при одновременном легировании углеродистой стали медью и хромом, а также медью, хромом и никелем.
Небольшие добавки к стали 15 ХСНД титана (0.02 – 0.05%) повышают её прочность и свариваемость, а присадка фосфора (0.13 – 0.15%) заметно увеличивает её коррозионную стойкость.
В связи с малой коррозионной стойкостью железоуглеродистых сплавов их сравнительно редко применяют незащищёнными в растворах кислот и щелочей.
б. Проведение работы
Суть работы в том, что на основании литературных опытных данных строят зависимости влияния химического состава стали и длительность эксплуатации на скорость коррозии.
Установить содержания углерода на скорость коррозии железоуглеродистых сплавов:
а. Данные к работе
Материал |
% С |
Vкор. г/м2 • ч |
Железо Сталь 20 Сталь 45 Сталь 98 Серый чугун |
0.024 0.20 0.47 0.87 3.2 |
0.46 0.68 1.41 2.82 43.7 |
б. Построить график зависимости скорости коррозии от содержания углерода в сплаве.
в. Объяснить характер изменений скорости коррозии, увязав его со структурными составляющими и положительным потенциалом фаз (феррит, цементит, графит)
г. Практические выводы и рекомендации.
2. Установить влияние основных примесей (S, P, Si) на скорость коррозии углеродистой стали.
а. Данные к работе
% S |
Vк, г/ь2 сут. |
% P |
Vк, г/м2 сут. |
% Si |
Vк, г/м2 сут. |
0.05 0.1 0.12 0.15 |
600 900 1000 1250 |
0.05 0.08 0.1
|
300 500 550 |
0.05 0.1 0.15 |
50 50 50 |
б. Построить общий график зависимости скорости коррозии от содержания в S,P и Si в сплаве.
в. Объяснить силу влияния каждой примеси на коррозионную стойкость сплава и характер хода кривых.
г. Практические выводы и рекомендации.
3. Установить влияние химического состава стали и длительности эксплуатации на скорость коррозии.
а. Данные к работе:
I – низколегированная сталь
II – 3.2 % Ni; 0.02% Р
III – 0.2 % Cu; 0.11% Р
IV – 0.2 % Cu 0.006% Р
Годы |
Потери массы кг/м2 год | |||
I |
II |
III |
IV | |
1 |
0,25 |
0,3 |
0,5 |
0,55 |
2 |
0,32 |
0,38 |
0,6 |
0,7 |
3 |
0,35 |
0,4 |
0,63 |
0,8 |
4 |
0,37 |
0,42 |
0,65 |
0,83 |
5 |
0,38 |
0,45 |
0,7 |
0,9 |
6 |
0,40 |
0,5 |
0,75 |
0,92 |
7 |
0,42 |
0,52 |
0,77 |
1,0 |
8 |
0,43 |
0,55 |
0,79 |
1,05 |
б. Построить обобщённый график зависимости скорости коррозии от времени эксплуатации для каждой стали (I, II, III и IV)
в. Объяснить характер хода кривых на графике, обратив внимание на возрастание скорости коррозии в начальный период эксплуатации и её замедление в последующий период. Связать это явление с характером и свойствами окисленных плёнок.
г. Практические выводы и рекомендации.
Форма отчёта
КФ СП ,,ИЭНТ’’ Студент……………………
Кафедра металловедения Группа…………………….
Лабораторная работа №5
Изучение влияния примесей и время эксплуатации на параметры коррозионных процессов стали.
1. Общие сведения о теории.
2. Методика выполнения работы.
3. Опытные данные к работе по каждой примеси (С, Р, S, Si)
4. Графики зависимости скорости коррозии от количества каждой примеси.
Анализ графических зависимостей и выводы.
Опытные данные по влиянию длительной эксплуатации на коррозию сталей (I, II, III и IV)
Обобщённый график зависимостей влияния длительности эксплуатации на величину коррозии.
Анализ полученных зависимостей и выводы.
Принял______________