Чугуны. Виды чугунов. химическое сопротивление чугунов

1.

Направление подготовки специалистов «Химическая
технология»
Химическое сопротивление
материалов
Лихачев Владислав Александрович, к.х.н., доцент

2.

Модуль 3. Химическое сопротивление чугунов.
Слайд 8.01
Чугуны. Виды чугунов. химическое
сопротивление чугунов
1.1. Классификация чугунов.
1.2. Химическое сопротивление чугунов в
промышленных и естественных средах

3.

Классификация графитизированных
(машиностроительных) чугунов
• Серый чугун, графит в виде пластинок, ГОСТ 1412 - 85
СЧ10, СЧ15,СЧ20… СЧ35.
где 10, 15, 20…- предел прочности при растяжении в кг/мм2
• Чугун с вермикулярным графитом (червеобразный),
ГОСТ 18394-89
ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ 40, ЧВГ45.
• Ковкий чугун, графит в виде хлопьев ГОСТ 1215-79
КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, … КЧ 45-7 … КЧ63-2…
где 30, .. 35… -предел прочности при растяжении в кг/мм2,
6,8,10… - относительное удлинение в %.

4. Классификация машиностроительных чугунов

• Чугун с шаровидным графитом, высокопрочный чугун
ЧШГ55, ЧШГ80, ….ЧШГ100 (ВЧ55,…, ВЧ100).
Графит в виде шаровых глобул. У шаровидного графита
самая маленькая поверхность, поэтому это самый
прочный чугун.
• Антифрикционный чугун ГОСТ 1585-85
АЧС1, АЧВ2, АЧК2. (С – серый; В – высокопрочный; К - ковкий).
Используется в отливках, работающих на трение
• Легированные чугуны

5. Легированные чугуны

• Кремнистые (жаростойкие и коррозионностойкие
материалы): ЧС5, ЧС5Ш, ЧС13, ЧС15, ЧС17, ЧС15М4;
ЧС17М3
• Алюминиевые чугуны (жаростойкие и износостойкие)
ЧЮХШ, ЧЮ6С5, ЧЮ7Х2, ЧЮ22Ш, ЧЮ30;
• Марганцевые чугуны (немагнитные и износостойкие
материалы) ЧГ6С3Ш, ЧГ7Х4, ЧГ8Д3;
• Никелевые чугуны ( коррозионностойкие.
износостойкие, жаропрочные, маломагнитные)
ЧН3ХМДШ, ЧН4Х2,ЧН11Г7Ш,
ЧН15Д7 – нирезист, жаростойкий и жаропрочный
материал

6. Химическое сопротивление чугунов в кислых средах

• Общие закономерности кислотной коррозии сходны с
коррозией сталей.
• Переход в область кислотной коррозии при рН 3-4
Например: в сильных кислотах при рН=3 П> 0,25
мм/год ( 6 балл пониженно-стойкие);
• В Н2SO4 , НNO3, Н3PO4 , НF пассивация при тех же
концентрациях, что и у сталей
• Например, в Н2SO4 при С> 65% пассивация
П< 0,12мм/год; при С=97% даже при 300оС П<
0,1мм/год, ( 5 балл –стойкие).
• Наиболее опасна НCl, пассивации нет.

7. Химическое сопротивление чугунов в кислых средах

Особенности
• Однако пассивация в Н2SO4 и НNO3 не надежна,
т.к.в таких кислотах растворяются Fe3C, фосфидные
эвтектики, соединения серы. Поэтому возможна
межкристаллитная коррозия с потерей прочности
чугуна.
• Растворы органических кислот, в том числе
разбавленные опасны особенно при хорошей
аэрации и повышенной температуре

8. Химическое сопротивление чугуна в щелочных средах

• Слабые растворы щелочи – чугун не корродирует ни при каких
температурах
• При С> 30% образуются ферриты. При температурах до 80оС
• П до 0,2мм/год (6 балл пониженно-стойкие).
• В кипящих растворах щелочи в первый время П до 20 мм/год,
но скорость коррозии быстро падает доходит до 1,5-2,5 мм/год и
ниже.
• Несмотря на достаточно высокую скорость коррозии чугунов в
кипящих растворах щелочи для ее упаривания часто
используются чугунные котлы в связи с дешевизной чугуна,
постоянным снижением скорости коррозии во времени и
отсутствием локальных форм коррозии.

9. Химическое сопротивление чугуна в естественных средах

• Основные закономерности атмосферной и
подводной коррозии чугунов сходны с коррозией в
этих условиях углеродистых и низколегированных
сталей.
• Атмосферная коррозия: сухая, влажная, мокрая.
Большое влияние загрязнений атмосферы (Cl-,SO2 ..)
Торможение коррозии во времени: например для ВЧ
1год -1,51г/м2час (П=0,068мм/год, 5 балл стойкие);
2 года -0,85 г/м2час; 3 года – 0,72 г/м2час
Если сравнить коррозию стали и чугуна, то коррозия
чугуна значительно ниже, чем у стали.

10. Подводная коррозия чугунов

• Подводная коррозия: влияние рН, индекса Ланжелье,
концентрации ионов Cl-,SO4-2 сохраняется.
• Однако, в условиях атмосферной и подводной
коррозий чугуны стоят в 2-4 раза лучше, чем
углеродистые стали. Этот эффект объясняется так
называемой графитизацией чугунов.
• Эффект графитизации:
В чугунах количество углерода значительно выше,
чем в сталях, поэтому в них существует как бы
графитовый скелет. Этот скелет стабилизирует
продукты коррозии, делая их более упорядоченными,
что и приводит к более высокой стойкости чугунов.

11. Подземная коррозия чугунов

• Коррозия общая (0,038 мм/год) и местная в 10-50 раз
выше;
• Общая подземная коррозия чугунов мало отличается
от коррозии стали.
• Наиболее опасны питтинговая и язвенная коррозии
• Существенное влияние аэрационных пар;
• Влияние биокоррозии;
• Возможность электрокоррозии.

12. Подземная коррозия чугунов

Вид
чугуна
ВЧ
СЧ
Время
Максимальная глубина язв и
испытаний,
питтингов, мм
год
Тяжелая Анаэробная Песчанистая
глина
глина
глина
2
5
2
1,1
2,0
1,5
1,6
2.0
3,9
1,7
3,3
3,5
5
3,9
4,8
7,5*
* Сквозная коррозия чугунных труб

13. Подземная коррозия чугунов

Выводы по таблице экспериментальных данных:
Скорость подземной коррозии чугунов очень сильно
зависит от грунта.
Во всех глинах скорость локальной подземной
коррозии чугуна велика;
Со временем скорость коррозии уменьшается;
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом более
устойчив;
Чугунные трубы в условиях подземной коррозии
требуют защиты.

14. Легированные кремнистые чугуны

• Кремний дешевый компонент, поэтому кремнистые
чугуны наиболее распространены.
• Введение кремния до 13% повышает жаростойкость
чугуна. (ЧС5, ЧС5Ш, ЧС13)
• Введение кремния свыше 14,25% делает чугун
стойким к электрохимической коррозии (в
соответствии с правилом Таммана) ЧС15, ЧС17;
• Высокая стойкость кремнистых чугунов в
электролитах связана с образованием на их
поверхности защитной пленки SiO2
• Защитная пленка образуется не сразу, а через
некоторое время.

15. Легированные кремнистые чугуны

П мм/год
Зависимость скорости коррозии от времени
50
ЧС15 в кипящей 30% Н2SO4
25
20
60
100
140
час

16. Устойчивость кремнистого чугуна в Н2SO4

• Кремнистый чугун хорошо стоит в Н2SO4 ;
• Наименьшая устойчивость в кипящей 30% Н2SO4
• П мм/год
0,5
0,25
20
40
60
% Н2SO4

17. Кислотная коррозия высококремнистых чугунов

• Высококремнистые чугуны хорошо стоят в НNO3.
• Считается, что НNO3, усиливает пленку SiO2.за счет
образования оксидов железа. Наибольшее
растворение в горячих разбавленных растворах.
• Отлично высококремнистые чугуны стоят в смеси
НNO3, и Н2SO4 причем лучше, чем в отдельных
кислотах;
• ЧC устойчив в Н3РO4 , но загрязненная фосфорная
кислота HF становится опасной.
• ЧС устойчив в органических и других слабых
кислотах.

18. Кислотная коррозия высококремнистых чугунов

• Высококремнистый чугун не устойчив: в HF, HCl, HBr,
в сернистой кислоте Н2SO3 ;
• Неустойчивость всех видов кремнистых чугунов в
сернистой кислоте не ясна.
• Для получения более устойчивого кремнистого
чугуна в HCl в высококремнистые чугуны вводят
дополнительно Мо в количестве 2-4% ЧС15М4;
ЧС17М3.
• По теоретическим представления в таких сплавах
пленка SiO2 получается более толстая и соляная
кислота не способна ее разрушать. Чугуны с Мо
получили название антихлоры.

19. Коррозия легированного чугуна в нейтральных средах

• Ни одна из естественных сред не вызывает серьезного разрушения
кремнистых чугунов. Но пленка на них образуется не сразу и поэтому
вначале они немного покрываются ржавчиной.
• Из-за высокой устойчивости кремнистых чугунов в условиях подземной
коррозии они применяются, как нерастворимые аноды при катодной
защите, Наибольшую устойчивость при катодной защите имеют
антихлоры ЧС15М4; ЧС17М3
• В щелочах высококремнистые чугуны стоят хуже, чем обычные не
легированные, так как SiO2 не стоек в щелочах. В кипящем 20% NaOH и
в 50% NaOH при 60 0С кремнистый чугун растворяется со скоростью
1,27мм/год, а обычные 0,25мм/год
Поэтому кремнистые чугуны не рекомендуется использовать даже в
слабых щелочах (типа NH4OH) и гидролизующихся со щелочной
реакцией солях/

20. Коррозия легированного чугуна при высоких температурах

• Высокотемпературная устойчивость легированных чугунов
достаточно высокая поэтому хромистые, алюминиевые,
никелевые чугуны используются как жаростойкие и
износостойкие материалы.
• Например, чугун ЧН15Д7 (нирезист) используется как
немагнитный, жаростойкий коррозионно-стойкий и
жаропрочный материал.
• Применяется в нефтяной и нефтехимической
промышленности для труб конденсаторов, фиттингов,
пропеллеров мешалок, компрессоров, фильтров и т.д.