Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии

В. С. Пахомов,
А. А. Шевченко

ХИМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ 
МАТЕРИАЛОВ 
И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

2-е издание, дополненное и расширенное 

Санкт-Петербург

2016

Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области 

химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия 

для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 

«Машины и аппараты химических производств»

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

УДК 620.193:66(075.8)
ББК 34.663я73
П12

Рецензенты: кафедра «Материаловедение и защита от коррозии» 
Российского государственного химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (зав. кафедрой – докт. хим. наук, проф. Т. А. Ваграмян); зав. лабораторией Института физической химии и электрохимии 
им. А. Н. Фрумкина РАН докт. техн. наук В. А. Головин

Пахомов В. С. Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии / В. С. Пахомов, А. А. Шевченко. – 2-е изд., 
доп. и расш. – СПб. : ЦОП «Профессия», 2016. — 480 с., ил.

ISBN 978-5-91884-076-4

Первое за последние сорок лет учебное пособие, содержащее современные представления о механизмах и кинетике взаимодействия металлических и неметаллических материалов с агрессивными средами. Приведены 
сведения о химическом сопротивлении, номенклатуре и эксплуатационных 
свойствах конструкционных материалов, а также о применении их в качестве защитных покрытий технологического оборудования. Специальная 
глава посвящена проектированию и расчетам футерованных аппаратов.
Предназначено для студентов вузов по специальностям «Машины 

и аппараты химических производств», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», «Инженерная защита окружающей среды», может быть полезно инженерно-техническим работникам, 
занимающимся проектированием, эксплуатацией и ремонтом оборудования 
для работы в агрессивных средах.

ББК 34.663я73
УДК 620.193:66(075.8)

© В. С. Пахомов, А. А. Шевченко, 2016 
© ЦОП «Профессия», 2016 
© Оформление: ЦОП «Профессия», 2016

П12

ISBN 978-5-91884-076-4

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru


                ОГЛАВЛЕНИЕ













Предисловие..........................................................9
Введение.......... ...................................................12
1. Определение понятий «коррозия металлов» и «химическая стойкость неметаллических материалов».........................................12
2.  Значение борьбы с коррозией.....................................13
3. Классификация разрушения материалов под действием агрессивных сред.16
4. Количественная оценка коррозионного разрушения материалов........20

Раздел I. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ...............................25
Часть 1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ.................................25
Глава I. Основы теории электрохимической коррозии...................25
   1.1. Процессы на границе металл—раствор..........................25
   1.2. Равновесные электродные системы.............................28
   1.3. Коррозия как неравновесный процесс..........................30
   1.4. Механизм электрохимической коррозии.........................32
   1.5. Термодинамика электрохимической коррозии............    ....36
   1.6. Общая кинетика электрохимической коррозии...................38
   1.7. Влияние электродного потенциала на скорость коррозии......  43
   1.8. Контролирующая стадия............„..........................48
   1.9. Коррозия при восстановлении катионов водорода...............51
   1.10. Коррозия при восстановлении кислорода......................56
   1.11. Коррозия при восстановлении нескольких окислителей.........62
   1.12. Пассивность металлов.......................................63
   1.13. Нарушение пассивного состояния............................ 69
      1.13.1. Перепассивация........................................69
      1.13.2. Локальная анодная активация...........................70
Контрольные вопросы и задания.......................................74
Глава 2. Влияние внутренних факторов на коррозионное поведение металлов .......... ................................................75
   2.1. Природа металла.............................................75
   2.2. Содержание легирующих элементов в сплаве ...„.............. 76
   2.3. Структура сплава..............................................78
   2.4. Состояние и обработка поверхности.............................81
   2.5. Механические напряжения  .....................................82
      2.5.1. Общая коррозия напряженного металла....................82
      2.5.2. Коррозионное растрескивание............................83
      2.5.3. Коррозионная усталость...............................  88
      2.5.4. Коррозионная кавитация.................................91
      2.5.5. Коррозионная эрозия....................................93
Контрольные вопросы и задания...................................    95

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены, www.epcprof.ru

3

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены, www.epcprof.ru

Глава 3. Влияние внешних факторов на коррозионное поведение металлов............................................................        95
   3.1.  Состав и характер (pH) агрессивной среды...........................95
   3.2.  Температура.........„............................................  99
   3.3.  Теплопередача................„....................................102
   3.4.  Давление..........................................................104
   3.5.  Скорость и характер движения среды................................104
   3.6.  Контакт нескольких  металлов......................................106
   3.7.  Контакт металлов с неметаллическими материалами...................108
Контрольные вопросы и задания .............................................109

Часть 2. ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ..............................................111
Глава 4. Газовая коррозия металлов ________...............................111
   4.1.  Механизм газовой коррозии.........................................112
   4.2.  Термодинамика газовой коррозии....................................115
   4.3.  Общая кинетика газовой коррозии..............................     117
Контрольные вопросы и задания..............................................119
Глава 5. Влияние внутренних факторов на газовую коррозию металлов.........120
   5.1.  Состав сплава...............................................      120
   5.2.  Структура сплава______-.........................................  122
   5.3.  Механические напряжения и деформация металла......................123
   5.4.  Обработка поверхности.............................................124
Контрольные вопросы и задания..............................................125
Глава 6, Влияние внешних факторов на газовую коррозию металлов............125
   6.1.  Состав среды....................................................  125
   6.2.  Температура.......................-.........................      131
   6.3.  Давление........................................................  132
   6.4.  Скорость движения среды .....-................................    133
Контрольные вопросы и задания..............................................133
Глава 7. Химическая коррозия металлов в жидких средах.....................134
Контрольные вопросы и задания..............................................137

Часть 3. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ........................138
Глава 8. Общие сведения..................................................  138
   8.1.  Требования к конструкционным материалам...........................138
   8.2.  Способы повышения коррозионной стойкости металлов и сплавов......140
Контрольные вопросы и задания..............................................143
Глава 9. Стали и сплавы на основе железа ..................................144
   9.1.  Железо и нелегированные железоуглеродистые сплавы.................144
   9.2.  Низколегированные стали и чугуны..................................146
   9.3.  Среднелегированные стали и чугуны.................................148
   9.4.  Высоколегированные стали.................................         149
       9.4.1. Хромистые стали............................................  150
       9.4.2. Хромоникелевые стали.......................................  153
       9.4.3. Безникелевые стали и стали с пониженным содержанием никеля............................................................  158
       9.4.4. Высокопрочные нержавеющие стали..............................161
       9.4.5. Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей.................162
       9.4.6. Жаростойкость и жаропрочность нержавеющих сталей.............165
   9.5.  Высоколегированные чугуны.......................................  167
Контрольные вопросы и задания................................................................................ 170
Глава 10. Сплавы на железоникелевой основе...............................  170
   10.1.  Коррозионно-стойкие сплавы на железоникелевой основе.............170

4

    10.2. Жаростойкость и жаропрочность сплавов на железоникелевой основе..........„...................................................172
Контрольные вопросы и задания..........................................174
Глава 11. Медь и сплавы меди...........................................174
   11.1. Общие сведения................................................174
   11.2. Коррозионная характеристика меди..............................176
   11.3. Сплавы меди...............................................    179
       11.3.1. Латуни ...............................................  179
       11.3.2. Бронзы..................................................182
       11.3.3. Сплавы меди с никелем...................................184
Контрольные вопросы и задания........................................  185
Глава 12. Никель и никелевые сплавы .................................  186
   12.1.  Общие сведения.......................................        186
   12.2. Коррозионная характеристика никеля............................187
   12.3.  Сплавы никеля..........................................      188
       12.3.1. Сплавы никеля с медью.................................  188
       12.3.2. Сплавы никеля с молибденом............................  189
       12.3.3. Сплавы никеля с хромом..............____________________191
Контрольные вопросы и задания.....................   ..................192
Глава 13. Алюминий и алюминиевые сплавы................................192
   13.1. Общие сведения................................................192
   13.2. Коррозионная характеристика алюминия..........................193
   13.3. Сплавы алюминия.............................................  195
       13.3.1. Сплавы, не упрочняемые термической обработкой...........196
       13.3.2. Сплавы, упрочняемые термической обработкой..............197
       13.3.3. Литьевые сплавы ......................................  201
Контрольные вопросы и задания..........................................203

Глава 14. Свинец и сплавы свинца....................................203
   14.1. Общие сведения...........................................  203
   14.2. Коррозионная характеристика свинца.......................  204
   14.3. Сплавы свинца............................................  206
Контрольные вопросы и задания.......................................206
Глава 15. Редкие металлы и их сплавы................................207
   15.1. Титан и сплавы на его основе...............................207
       15.1.1. Общие сведения.....................................  207
       15.1.2. Коррозионная характеристика титана................   209
       15.1.3. Сплавы титана......................  „...............212
   15.2. Тантал...................................................  215
   15.3. Цирконий.................................................. 217
   15.4. Молибден....................................................220
Контрольные вопросы и задания...................................    222

Глава 16. Металлы для защитных покрытий...............................................  223
    16.1.  Цинк.........................................................................223
    16.2.  Олово.....................................................................   225
    16.3.   Кадмий.................................................................     227
    16.4.  Хром ...............„........................................................228
Контрольные вопросы и задания.........................................................  229


Раздел II. РАЗРУШЕНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ........................... 230
Часть 4. ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ И ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ....................  230

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены, www.epcprof.ru

5

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены, www.epcprof.ru

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены, www.epcprof.ru

©ЭБС «Неафть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009-2021. Все права защищены, www.epcprof.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

Двадцатый век ознаменовался прогрессом в науке и технике, развитием новых технологий и созданием принципиально новых конструкционных материалов. Среди них особое место занимают неметаллические и различные композиционные материалы. Благодаря 
их появлению и использованию в авиационно-космической технике стало возможным осуществление ряда современных химико-технологических процессов, существенно снижены материальные потери из-за коррозии.
К середине двадцатого века сформировались основные теоретические положения о коррозии металлов и химическом сопротивлении 
неметаллических материалов, особенно материалов на основе высокомолекулярных соединений. Появился ряд монографий и научных 
обзоров в этой области. Тем не менее, практически в большинстве 
современных учебников и учебных пособий по коррозии и защите от нее, изданных уже в XXI в., неметаллическим материалам уделяется недостаточное внимание, обходятся стороной теоретические 
аспекты взаимодействия их с агрессивными средами.
Из-за недооценки важности борьбы с коррозией во многих учебных планах подготовки технических специалистов практически 
не отражены вопросы коррозии изделий и ее последствий. В результате многие инженеры-конструкторы не знают фундаментальных 
положений коррозионной науки. Известно, что при использовании 
этих знаний уже на стадии проектирования и изготовления изделия 
можно существенно повысить его надежность и срок службы. Кроме 
того, инженеры-технологи не всегда учитывают, что любое изменение технологического режима (особенно состава среды и температуры) может самым существенным образом повлиять на коррозию оборудования.
В 1957 году вышло в свет созданное в Московском институте химического машиностроения (МИХМ) учебное пособие И. Я. Клинова «Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие 

Памяти наших учителей
Иосифа Яковлевича Клинова,
Андрея Владимировича Молоканова

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

материалы», которое выдержало три издания и было переведено в ряде 
зарубежных стран. Последнее издание (четвертое) вышло в 1967 г. 
Пособие предназначалось  для студентов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств», и студентов, 
специализирующихся по кафедре защита от коррозии химической аппаратуры, организованной в МИХМе профессором И. Я. Клиновым.

До 2009 г. не было конкурентного учебного пособия в области материаловедения и защиты от коррозии, удовлетворяющего задачам 
подготовки инженеров, занимающихся конструированием и изготовлением технологического оборудования в коррозионно-стойком 
исполнении, его обслуживанием и ремонтом. В 2009 г. мы издали 
учебное пособие «Химическое сопротивление материалов и защита 
от коррозии». В нем были обобщены современные воззрения на механизмы и кинетику взаимодействия металлических и неметаллических материалов с агрессивными средами, даны необходимые сведения о номенклатуре и  эксплуатационных свойствах этих материалов, 
применении их в антикоррозионной технике, особенностях конструирования и изготовления из них технологического оборудования.
В книге были использованы материалы, опубликованные в отечественной и зарубежной литературе, данные исследований авторов, 
а также материалы соответствующих курсов лекций, которые авторы 
в течение многих лет читали в Московском государственном университете инженерной экологии (ныне Московский государственный 
университет машиностроения).
В предлагаемом втором издании этого учебного пособия мы исправили некоторые технические огрехи и дополнили его новой главой 30 «Проектирование и расчет футерованных аппаратов». В этой 
главе приведены основные стадии проектирования и расчета сложных конструкций футеровки неметаллическими материалами стальных корпусов химических аппаратов. Эти расчеты ранее существовали только в нормативной документации проектного института 
«ПРОЕКТ ХИМЗАЩИТА», относящейся к 80-м годам прошлого столетия. Этот институт был расформирован более 20 лет назад, а его 
техническая документация исчезла. Между тем известны случаи серьезных ошибок, допущенных рядом проектных организаций при 
проектировании футерованных аппаратов, вызванных незнанием 
специфики их эксплуатации, проектирования и расчета.
Данное учебное пособие полностью соответствует ныне действующему Государственному образовательному стандарту специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» 
и учебной программе дисциплины «Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии», предусмотренной этим стандартом. Оно также может быть использовано студентами, обучающимся 

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru