Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах - Иванов Е.С.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее широко используют травление для удаления окалины. Скорость удаления окалины в значительной степени зависит от ее химического состава,
S6
структуры н расположения оксидных слоев, что, в свою очередь, определяется марочным составом сталей и сплавов. Поэтому составы и режимы травления разрабатываются как правило отдельно для углеродистых, легированных сталей, титановых, никелевых, хромовых и др, сплавов.
2.1. ТРАВЛЕНИЕ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ УДАЛЕНИЯ ОКАЛИНЫ
Состав окалины
Окалина на поверхности углеродистых сталей образуется в процессах горячей прокатки, термообработки, а также при соприкосновении сталей с воздухом (так называемая воздушная окалина [153, 154]). Структура и толщина окалины определяется температурным режимом. При высокотемпературном окислении в интервале температур 600—900 °С прн избытке кислорода на поверхности низкоуглеродистых сталей образуется двуслойная вюститно-магнетитная окалина. Непосредственно прилегающий к поверхности стали слой вюстита FeO составляет 50—60% толщины всего слоя окалины, средний — из магнетита Рез04 составляет 50—40%. При температурах выше 900 °С на внешней стороне окалины образуется небольшой толщины слой гематита Fe203 (5—10%). Послойное расположение оксидов в слое окалины наблюдается обычно для равновесных условий окисления. В условиях воздействия различных иногда неконтролируемых факторов, окалина как правило представляет смесь различных фаз. Толщина слоя окалины при горячей прокатке зависит от температуры и составляет до 15 мкм.
Механизм растворения окалины в минеральных кислотах
Процесс удаления окалины в минеральных кислотах представляет сложное сочетание электрохимических, химических и механических процессов. Электрохимические процессы обусловлены образованием при травлении микрогальванопар металл — окалина; химические — взаимодействием оксидов, составляющих окалину, с кислотой; механические — отслоение окалины выделяющимся водородом или за счет подтравливания отдельных слоев.
Процесс растворения окалины в минеральных кислотах согласно [155] характеризуется четырьмя периодами (рис. 42).
В первый период происходит смачивание окалины кислотой и проникание кислоты по порам и трещинам в окалине к металлу. В этот период кислота проникает только к вюститу (через слой магнетита), не достигая металла. Наблюда- . ется значительное облагораживание потенциала, что обусловлено возрастанием концентрации трехвалентного железа. Этот период составляет несколько десятков секунд и заканчивается полной пропиткой внешнего слоя окалины кислотой.
Во втором периоде, длящемся до десятка минут протекает растворение вюстита с образованием в нем полостей; в слое магнетита полости расширяются. В этом периоде преобладают процессы химического взаимодействия оксидов с кислотой, хотя скорость взаимодействия еще не очень велика. Образующееся при растворении магнетита трехвалентное железо является катодным деполяризатором.
В третьем периоде скорость растворения вюстита резко возрастает, причем преимущественно со стороны металла, к которому проникла кислота по каналам в вюстнте. Одновременно начинает интенсивно растворяться н магнетитовый слой за счет интенсивной работы пары металл — окалина. Потенциал резко разбла-гораживается и приближается к потенциалу стали, свободной от окалины. Процессы растворения протекают со смешанной Н+~~~*Н2 и Fe3+—^Fe2+ деполяризацией. Выделяющийся водород и подтравливание вюститного слоя со стороны металла способствуют механическому отделению слоя магнетита и образованию иа поверхности «островков» окалины. Вюститный слой пронизан многочисленными каналами и порами; начинает растворяться поверхность металла в порах и под окалиной.
4(0,5) Заж/ 258 ' 97
В четвертом периоде удаляются «островки» окалины и растворяется металл. Скорость растворения окалины, также как и индивидуальных составляющих ее— вюстита и магнетита, зависит от потенциала [3, с. 157]. Электрохимические процессы, протекающие при удалении окалины, могут быть упрощенно представлены следующими схемами. Анодные процессы:
FeO+2H+ z=± Fe2+ + H20, (2.1)
Fe304 + Fe2+ -f 8H+ =*l 4 Fes+ -f 4HsO-f 2e, (2.2)
Fe — 2e -=±. Fe*+. (2.3)
Катодные процессы:
Fe304 + + 2e -=z±_ 3Fe*+ + 4H,0, (2.4)
2H+(HaFe)+2e z^Z. H2. (2.5)
На низкоуглеродистых сталях окалииа достаточно быстро удаляется при потенциалах г^О.З В и не удаляется при потенциалах >0,4 В. Мянимальная ско-
Fe
fe30\
Исходное состояние
I период травления
Ж период
Ш период
Ш период
Рис. 42 Схема удаления двуслойной вюстнтно-магнетнтной окалины, образованной на низ? коуглероднстой стали (по данным (1551)
рость растворения окалины в серной и соляной, кислотах наблюдается в интервале потенциалов 0—0,1 Вл.
Травильные растворы для удаления окалины
Для удаления окалины с поверхности углеродистых и низколегированных сталей применяют растворы серной и соляной кислот или их смеси.
Травление в серной кислоте. В настоящее время иа большинстве отечественных предприятий травление проката, труб, изделий из углеродистых сталей осуществляется преимущественно в серной кислоте. Оптимальной концентрацией серной кислоты, применяемой при травлении в металлургической и трубной промышленности считают 20—22 %, а сам процесс травления ведут при 70—90 "С. Повышение температуры травления увеличивает скорость процесса (примерно в 2 раза на каждые 10°С), ускоряется отслаивание окалииы, скорость конвекция раствора, увеличивается растворимость солей железа, повышается эффективность использования сернокислотных растворов [153, 156].
