Оценки стойкости цветных металлов к ВТСК (при РH2S = 0,1 МПа) показали полную нестойкость меди и медных сплавов, резкое снижение стойкости никелевых сплавов с температурой (межкристаллитное разрушение начинается в H2S при температурах выше 300 °С) и стойкость алюминия (табл. 6.3).

Легирование стали алюминием значительно увеличивает ее стойкость к ВТСК (рис. 6.10). Из-за хрупкости железоалюминиевых сплавов стойкость алюминия используется на практике для повышения стойкости к ВТСК методами алитирования и алюминирования [16, 17].

При повышенных температурах ВТСК приводит к разрушению серебра, потемнению платины. До 1000 °С устойчив родий [12].

Наиболее эффективная защита стали от ВТСК легированием хромом (см. рис. 6.6 и 6.11) обусловлена формированием на поверхности двухслойных защитных пленок [13]. Рыхлый наружный слой состоит из FeS и FeS₂, хрома не содержит и склонен к отслаиванию. Под ним образуется плотный внутренний слой. Он обладает очень плотным строением, прочно сцеплен с основным металлом. Этот слой имеет шпинельную структуру, состоит из смешанных сульфидов железа и хрома, причем процентное содержание хрома в пленке может быть выше его содержания в основном металле. Именно этот слой несет защитные функции.

Плотность, прочность сцепления с основным металлом и непроницаемость защитных пленок существенно возрастают при дополнительном легировании высокохромистых сталей никелем. Значительно более высокая стойкость к ВТСК хромоникелевых сталей демонстрируется для среды H2S в присутствии водорода (рис. 6.12) и для перерабатываемой нефти с содержанием H2S (рис. 6.13). Формирующие шпинели сульфиды характеризуются

Таблица 6.3. Скорость ВТСК цветных металлов при парциальном давлении H2S 0,1 МПа |6|

Рис 6.10. 3ависимость скорости коррозии К сталей в H2S от степени легирования алюминием [1]

Парциальное давление Н2S 93 кПа, продолжительность испытаний 50 ч

Рис. 6.11. Зависимость скорости коррозии К сталей в H2S от степени легирования хромом

Парциальное давление Н2S 93 кПа, температура 550 °С, продолжительность испытаний 120 ч

Рис. 6.12. Коррозионная стойкость сталей К, мм/год в сероводороде в присутствии водорода |1|:

а —хромистая сталь 0 5% хрома; б—хромистая сталь с 12 % хрома; в— хромоникелевая сталь 18-8; 

Рис. 6.13. Влияние температуры и степени легирования хромом на коррозию сталей в углеводородных средах первичной переработки нефти с содержанием около 1 % H2S; 1 — углеродистая сталь; 2—6—легировавная хромом сталь; содержание хрома: 2—1.3: 3—4—6; 4—7; 5—9; 6—12%: 7—нержавеющая сталь типа 18-8

достаточно высокими температурами плавления (FeS— 1190°С, Cr2S3 — 1150 °С, Ni2S3— 790°С) [14], существенно превышающими рабочие температуры при процессах переработки нефти. Данные табл. 6.1 [3] также показывают, что защитное действие от ВТСК усиливается в результате повышения содержания хрома в сплаве и вследствие дополнительного легирования хромистых сталей никелем. Защитные свойства пленок растут со временем выдержки.

Чем значительнее легирование и сопутствующее повышение защитных свойств сульфидных пленок, тем скорость ВТСК слабее варьирует с изменением содержаний H2S и температуры.

При высокотемпературных процессах переработки нефти в смесях H2S + H2 зависимость ВТСК от степени легирования хромом неодинакова при разных парциальных давлениях серо- водорода в смесях. При малых (до 10-5 МПа) парциальных давлениях H2S стойкость к коррозии с ростом содержания хрома от 0 до 15% увеличивается монотонно. При более высоких (до 2∙10-4 МПа) давлениях стойкость практически не меняется до содержания хрома 10—12%; зато при дальнейшем повышении содержания хрома (до 15%) стойкость резко увеличивается. Введение в сталь более 20 % хрома нецелесообразно, так как не сопровождается ощутимым увеличением стойкости к ВТСК.

Добавки одного никеля снижают стойкость углеродистой стали к ВТСК. Дополнительное присутствие хрома устраняет вредное влияние никеля на стойкость. Оптимальное соотношение содержаний Сг: Ni несколько больше 0,5. Однако стали типа 18-8, 18-20 и типа инколой (20-32 и 20-40) более стойки, чем чисто хромистые стали и сплавы типа инконеля (20 % Сг + 65 % Ni) или нимоника (20 % Сг + 80 % Ni) [1].

В смесях Н2 + H2S добавки Мо и Мп несколько снижают, a W — повышают стойкость стали к ВТСК. Эффективна защита углеродистой стали силицированием [16].