Сталь є сплавом заліза і невеликі-шого кількості вуглецю (до 2%) з домішками сірки, кремнію, фосфору, марганцю.
Розрізняють сталь звичайного і підвищеного якості, ка-кількісний і високоякісну. Більшу частину хімічних ап-Параті виготовляють з вуглецевої сталі звичайної і по-підвищеного якості (ГОСТ 380-71).
Сталь звичайної якості використовується для виготовлення деталей і апаратів, до яких не пред'являється особливих тре-бований щодо міцності і корозії (з антикорозійними покриттями вона придатна і для виготовлення апаратів, рабо-танучих в агресивних середовищах). У хімічному апаратобудуванні найбільш часто застосовуються такі марки сталей: ст. 3, Ст. 4 і ст.5. Цифра за літерами Ст. (Сталь) означає умовний поряд-ковий номер марки в залежності від хімічного складу і хутра-нічних властивостей.
В основному застосовується найбільш поширений сірий чавун (ГОСТ 1412-70) марок СЧ12-28, Сч15-32, СЧ18-36 і ін. (Позначення в марці: С-сірий, Ч-чавун, перші дві цифри- межа міцності при розтягуванні, цифри після дефіса - межа міцності при вигині). При проектуванні апаратів і судин з сірого чавуну необхідно рахуватися з обмеженнями інспекції Держгіртехнагляду, яка допускає застосування цього чавуну для апаратів з температурою стінок не вище 250 ° С.
Більшою міцністю і в'язкістю володіє ковкий чавун (ГОСТ 1215-59) марок: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8 та ін. (Перші дві цифри означають межу міцності при розтягуванні, цифри після де-ФІСА-відносне подовження).
Стали і чавуни не володіють високою корозійної стійко-стю. Вони мало стійкі навіть до дії води при доступі киць-лорода. У розчинах таких солей, як А1С1з, NaCI, K2 S04 і т. П. При взаємодії яких з залізом утворюються розчинні сполуки, корозія протікає в ще більшій. ступеня. Однак солі, що дають нерозчинні сполуки з залізом (наприклад, Na2 CO3. Na3 P04 і т. П.) Зменшують корозію, а солі з окисли-них властивостями (наприклад, К2 Сг04) навіть при незначний-ном змісті в розчинах пасивують залізо. У розчинах солей, катіони яких більш електропозитивні, ніж залізо (CuS04. NiS04 і т. П.), Корозія відбувається внаслідок витіснити-ня залізом металу з солей.
У розчинах лугів на поверхні залізовуглецевих сплавів утворюються нерозчинні продукти, що захищають їх від кор-корозії. Освіта захисних плівок починається вже при рН> 9,5; але при концентраціях лугів більше 30%, особливо при підвищених температурах, захисну дію цих плівок різко знижується.
У кислотах, що не володіють окисними властивостями (на-приклад, в НС1), сталь, а тим більше чавун, дуже сильно руйнуючої-шаются, В кислотах з окисними властивостями (H2 SO4. НNОз) на поверхні заліза утворюються захисні плівки, препятст-ють подальшої корозії. Це відноситься до порівняно кон-центрована кислотам. Так, НNОз при концентрації більше 30% пасивує залізо, а при концентрації вище 50% практи-но не діє на нього.
H2 SO4 пасивує залізо при концен-трації більше 75%.
В органічних кислотах, які не є окислювачами, залізовуглецевих сплави швидко руйнуються. В інших органіч-ських середовищах (спирти, вуглеводні, хлорпохідні і т. П.) За відсутності води вони практично не піддаються корозії.
Руйнування залізовуглецевих сплавів спостерігається і в су-ХІХ газових середовищах, особливо .при підвищених температурах (ви-ше 300 ° С). Газової корозії сприяє наявність окислювачів, якими найчастіше є кисень повітря, а також, пере-гріти водяна пара при температурах вище 500 ° С.
При 200-300 ° С і тиску 300 кгс / см 2 водень викликає водневу корозію, в результаті якої різко погіршуються ме-ханических властивості металу. Причиною руйнування є дифузія водню в метал, що викликає в ньому глибокі изме-нения, обумовлені утворенням гідридів і їх розкладанням. Крім того, водень реагує з карбідом заліза
в результаті чого відбувається розпушення структури і поступового-ве обезуглероживание стали.
При високих температурах і тисках окис вуглецю, а так-же інші газоподібні агенти викликають корозію.
Леговані стали. Для поліпшення механічних по-показників і хімічної стійкості сталей в їх склад можуть вво-диться спеціальні добавки, до яких відносяться такі метали, як нікель, хром, титан, вольфрам, ванадій, марганець і ін. Стали з такими добавками називаються легованими. Залежно від кількості добавок вони діляться на низьколеговані (до 5% ле-гірующіх добавок), середньолеговані (5-10%) і високолегі-рова (вище 10%).
Високолеговані (ГОСТ 5632-61) в залежності від основних властивостей поділяються на три групи: до I групи належать корозійностійкі (нержавіючі) стали, володію-щие стійкістю проти електрохімічної корозії (атмосфер-ної, грунтової, лужної, кислотної, сольовий і ін. ); до II групі-жаростойкие (окалиностійкі) стали, що працюють в ненагру-женном або слабонагруженном стані і мають при цьому стійкістю проти хімічного руйнування поверхні в газових середовищах при температурі вище 550 ° С; до III групі-жароміцні стали, що витримують високі температури в навантаженому стані і мають при цьому достатньою окаліностойкостью.
Підвищення жаростійкості сталі досягається в основному вве-ням в сталь хрому, алюмінію і кремнію.
Леговані чавуни виходять подібно легирован-ним сталей. Особливий інтерес представляють сплави, відомі під назвою ферросілідов, або кременистих чавунів, з содер-жанием кремнію до 15-17% (марки С15, С17, ГОСТ 2233-70). Вони стійкі до HNO3 всіх концентрацій, навіть при температурі ки-співу, до сірчаної кислоти (до 98%), нагрітої до 100 ° С, Однак стійкість їх до НСl розчинів їдких лугів і відновлювальних середах недостатня. Якщо ввести до складу ферросіліда С15 3,5- 4% молібдену, виходить кремнемолібденовий чавун марки С15М4, відомий під назвою антихлор. Цей матеріал запро-ден для виготовлення деталей, що працюють в середовищі гарячої НС1. Вироби з ферросілідов (виливки) мають високу твердість, крихкістю і погано переносять місцевий або швидке нагрівання.
Для виготовлення апаратури, що експлуатується в умовах воз-дії гарячих водних розчинів або розплавів NaOH ікони, використовуються щелочестойкие чавуни (СЧЩ-1, СЧЩ-2).
Металургійною промисловістю випускаються високо-міцні чавуни (ВЧ 45-5, ВЧ 50-2 та ін. ГОСТ 7293-70), перед-ставлять великий інтерес як конструкційні матеріали для хімічного апаратобудування.
Мідь і її сплави. Внаслідок дефіцитності, високою стоїмо-сті і недостатньою хімічної стійкості в багатьох середовищах (мі-Мінерали кислоти, аміак, хлориди і т. Д.) Мідь знаходить огра-ніченний застосування в якості матеріалу для хімічної аппа-ратури. Однак вона має дуже цінна властивість - зберігає пластичність при досить низьких температурах. Тому для апаратури, що працює в таких умовах, мідь-дуже зруч-ний матеріал. Верхня гранична температура застосування міді 400 ° С.
Слід відзначити високу теплопровідність міді (в 6-7 разів вище, ніж у заліза) і легкість її обробки, як в холодному, так і в гарячому станах.
Залежно від кількості домішок мідь підрозділяється на ряд марок: МО, Ml, М2, МЗ, М4 і ін. (ГОСТ 859-66). Най-меншу кількість домішок міститься в марці МО. Для изго-лення, апаратури застосовують мідь Ml, М2 і МЗ.
Для виготовлення окремих деталей апаратів, насосів, кра-нів широко використовуються різні мідні сплави - латуні і бронзи.
Введення в латунь невеликих кількостей олова, нікелю, алю-Мінія, марганцю, заліза та інших, добавок у багатьох випадках покращує механічні властивості сплаву і його корозійну стій-кість-спеціальні латуні (наприклад, алюмініевая- ЛА77-2, олов'яниста-Л070-1 , Л090-1, свинцева - ЛС74-3, ЛС64-2 і ін.).
З бронз (сплав міді з алюмінієм або оловом) слід особливо відзначити алюмінієві (Бр. АЖН 10-4-4, Бр. АЖМц 10-3-1,5 і ін .; ГОСТ 493-54), що значно перевершують по корозійної стійкості оловяністие бронзи і латуні. Вони стійкі в фосфористої, оцтової, лимонної та інших органічних кислотах, в умовах атмосферної корозії, в мор-ської воді і т. Д.
Кремніймарганцевистої бронза марки Бр. КМЦЗ-1 застосовується для виготовлення апаратури, що працює під тиском, а так-же для вибухонебезпечної апаратури, так як ця бронза не дає іскор при ударах.
Нікель і його сплави. Нікель і сплави на його основі благо-даруючи високої механічної міцності і значною хімічної стійкості в багатьох агресивних середовищах, пластичності і спосіб-ності до обробки різними способами представляють великий інтерес для хімічного апаратобудування.
Нікель випускається п'яти марок: Н-0, Н-1, Н-2, Н-3 і Н-4 (ГОСТ 849-70). Для виготовлення хімічної апаратури при-міняють дві марки НП2 і НПЗ (у вигляді прокату).
Нікель відрізняється високою стійкістю до дії гарячих розчинів і розплавів лугів, високу корозійну стійкість при підвищених температурах у багатьох органічних середовищах, в тому числі в жирних кислотах, фенолу, спиртах та т. Д. Витримує дію слабких холодних розчинів соляної кислоти та її солей.
Внаслідок дефіцитності і високої вартості нікель при-змінюється для виготовлення 'апаратури порівняно рідко. Зна-ве частіше використовуються сплави нікелю з міддю, молібденом і іншими металами, що володіють більш високу корозійну стійкість, ніж нікель.
Сплави нікелю з міддю відомі під назвою МОНЕЛЬ, вони мають високу стійкість у окисних сере-дах при температурах до.750 ° С і зберігають механічну ін-ність до 500 ° С. МОНЕЛЬ стійок в чистій НзР04 високою кон-центрації при нагріванні і в розчинах HF всіх концентрацій (включаючи і безводний HF) при всіх температурах аж до ки-співу при обмеженому доступі повітря.
До іншим високостійким в агресивних середовищах сплавів нікелю відносяться нікельмолібденових (Н70М26Л, Н65МЗОЛ, Н60М35Л), придатні для відливання арматури і відрізняються високою кор-розіонной стійкістю в слабких (до 5%) розчинах соляної кис-лоти і 65-78% -них розчинах сірчаної кислоти.
Алюміній. Високого ступеня чистоти (не нижче 99,6%) алю-міній стійкий до дії кислот - азотної, ортофосфорної, оцет-ної - і дуже багатьох органічних середовищ. Сірчисті з'єднання і гази, що містять сірководень, сірчистий ангідрид, пари сірки, сухий хлористий водень, також не діють на алюміній. По-цьому він знаходить застосування в хімічному апаратобудуванні. З алюмінію виготовляють збірники, баки і цистерни для збер-ня і перевезення азотної кислоти, труби, реактори, теплообмінники та інші апарати, що працюють без тиску і при темпера-турі стінок не вище 150 ° С.
Марки алюмінію А995, А99, АТ та ін. (ГОСТ 11069-64).
Знаходять застосування сплави алюмінію з кремнієм (силуміни СИЛ-1 і СИЛ-2-сплави алюмінію з 10-13% кремнію, отли-чающиеся високою стійкістю до азотної кислоти), марганцем (АМД), магнієм (АМг1, АМг2 і ін.), міддю і магнієм (Д1, ДЛ6 і ін.), берилієм.
Свинець. Має високу хімічну стійкість, особливо як у чистій H2 S04. так і в її розчинах. Однак свинець дуже мало міцний. Тому його найчастіше застосовують не безпосередній-но, а в якості захисного покриття сталевих і чавунних аппа-ратов і деталей. Як самостійний матеріал він вживається для виготовлення труб.
Верхній температурний межа застосування свинцю 150- 200 ° С, при більш високих температурах він поступово втрачає міцність і корозійну стійкість, що ускладнює його примі-ня.
Для захисту від корозії використовують свинець маркіС2 (ГОСТ 3778-65).
Срібло. Цей метал дуже рідко застосовується для виготов-лення хімічної апаратури через високу вартість. Однак в окремих виробництвах, де переробляються особливо складні агресивні суміші (наприклад, виробництво хлоруксусной кисло-ти), він є єдиним придатним матеріалом.
Титан. Це найперспективніший матеріал для виготовлення хімічного обладнання. Відрізняється винятково високою міцністю, жаростійкістю і жароміцних, малої щільно-стю, високу опірність ерозії і втомним напря-жениям, хорошими технологічними властивостями і високою кор-розіонной стійкістю, яка перевершує в ряді випадків стійкість високолегованих кислотостойких сталей.
Виняткові антикорозійні властивості титану обумовлюються лени освітою на його поверхні захисної окисної плівки. Тому титан стійок в тих середовищах, які сприяють ство-ня такої плівки або, по крайней мере, не руйнують її. Він стійкий в розведеною H2 S04. розведеної та концентрованої НNОз (за винятком димить), Н2 02. H2 S, сухому і вологому хлорі, царській горілці, оцтової і молочної кислоти, а також у багатьох інших середовищах, агресивних для більшості металів. Для титану характерна виключно висока стійкість в морській воді; в НС1іНзР04 вона залежить від концентрації кислот і їх температури. Титан стійок в дуже розведених розчинах цих кислот при від-носительно невисоких температурах, але з підвищенням концентрації-ції кислот і їх температури швидкість корозії збільшується.
Великою перевагою титану перед іншими корозійно-стійкими металами і сплавами є те, що його корозійно-ве руйнування протікає рівномірно-межкрісталлітнаяіточечная види корозії спостерігаються в дуже рідкісних випадках.
Однак титан взаємодіє при підвищених температурах з киснем, азотом і воднем, а також з СО, CO2. NНз, водяною парою і багатьма летючими органічними сполуками. Марки технічного титану: ВТ-1, ВТ1-2.
Представляють великий інтерес також сплави титану з різними металами: алюмінієм, молібденом, хромом, вана-Дием і ін. (Наприклад, марки ВТ4, ВТ5, ВТ14, ВТ15, ОТ4 і ін.). Добавки цих металів призводять до поліпшення механічних властивостей і підвищення корозійної стійкості титану. Гранична температура експлуатації титанових сплавів 350-500 ° С.
Незважаючи на порівняно високу вартість, титан і його сплави швидко впроваджуються в хімічну промисловість, глав-ним чином для виготовлення відповідальних деталей хімічної апаратури.
Інші метали. Крім титану, важливе значення, в химиче-ському машинобудуванні набувають цирконій, тантал, молібден, ніобій (і сплави на їх основі).
Відмінною характеристикою цирконію є його стійкість в НС1, НNОз і H2 S04 (до концентрації кислоти 80%).
По стійкості в лугах цирконій перевершує титан і тантал; він стійкий в гарячих концентрованих розчинах NaOH і обла-дає виключно високу корозійну стійкість в морській воді при кімнатній температурі.
Тантал стійок в гарячій НС1 і в царській горілці. Однак він нестійкий до дії олеума, гарячої НзР04. сполук фтору і концентрованих розчинів лугів. Слід також відзначити схильність цього металу до водневої корозії.