ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ
CORROSION INHIBITOR

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для консервации медной катанки и медных сплавов в период хранения и транспортировки морским путем в условиях высоких значений влажности и температур.
+2
-2
4
Из уровня техники известен состав ингибитора по аналогу GB 1404971, C22F 11/08, опубл. 03.09.1975 [1], представляющий собой водный раствор композиции и содержащей 0,25 мас.% бензотриазола, также ионы Zn, SO , буферирующие добавки для поддержания требуемого рН раствора, диэтилентриамин пентауксусной кислоты и уксусную кислоту, силикат натрия. Для увеличения растворимости БТА предложены органические растворители изопропанол или этиленгликоль. В сравнении с предлагаемым ингибитором состав по аналогу существенно отличается сложностью. В нем нет ограничения по содержанию БТА и ИПС, ИПС выполняет роль растворителя.
Известен ингибитор коррозии при соотношении бензотриазола от 0,2 до 1,0 мас.% и изопропанола (ИПС) от 5,0 до 15,0 мас.%, KR 20030092147, C23F 11/08, опубл. 06.12.2003 [2]. Недостатком данного состава является его сложный химический состав (4 наименования органических и неорганических солей натрия и аммония), что осложнит утилизацию отработанных растворов ингибитора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является ингибитор коррозии, предложенный в патенте GB 967086, C23F 11/14, опубл. 19.08.1964 [3], который принят в качестве прототипа. Недостатком данного состава является использование в качестве растворителя бензотриазола воды при повышенных температурах от 40°С до 100°С. В качестве растворителя рекомендуется использовать ацетон, изопропанол или трихлорметилен. Однако концентрированный изопропанол летуч, кроме того, температура вспышки ИПС составляет +12°С, что исключает его использование в промышленных условиях при температуре медной катанки плюс 60-70°С, при применении же ацетона (огнеопасен) и трихлорметилена они являлись бы новыми составляющими в отработанных растворах цеха.
В связи с этим были проведены сравнительные испытания промышленных образцов медной катанки по [3] и заявленному составу. Испытания по электрохимическому методу оценки коррозионной стойкости медной катанки показали, что использование в качестве растворителя бензотриазола ни воды, ни ИПС не позволяют достичь тех показателей коррозионной стойкости, которые достигаются при использовании рецептуры ингибитора коррозии заявляемого состава (табл.1). По результатам электрохимического метода известно, что высокой коррозионной стойкостью обладают образцы меди при наименьших значениях плотности тока и толщины оксидной пленки и наибольшем потенциале анодного растворения.
Таблица 1 - Электрохимический метод оценки коррозионной стойкости образцов медной катанки.
№ образца, наименование покрытия
Максимальная плотность тока, А/м<sup>2</sup>
Потенциал, В
Толщина оксидной пленки, А
1 - 0,5% БТА в воде по прототипу
270,8
140,5
220
2 - 0,5% БТА в концентрированном ИПС
287,2
262,9
231
3 - 0,5% БТА в растворе - 4,5% ИПС - предлагаемый состав
109,8
227,7
144
4 - 0,5% БТА в растворе 5,0% ИПС
110,2
225,3
145
5 - 0,5% БТА в растворе 1,5% ИПС
121,0
198,2
156
6 - 0,5% БТА в растворе 1,1% ИПС
223,1
183,4
215
2
2
После нанесения ингибитора коррозии на катанку по прототипу [3] плотность тока (270,8 А/м) и толщина оксидной пленки (220 Å) составили высокие значения, повышения коррозионной стойкости образцов катанки не получено. На образец 3 нанесен раствор заявляемого состава, который имеет наивысшую коррозионную стойкость при наименьших значениях плотности тока анодного растворения образцов меди (109,8 А/м) и толщины оксидной пленки (144 Å), т.е. добавление ИПС в воду в количестве 1,5-4,5 мас.%, на фоне содержания 0,2-1,0 мас.% БТА, обосновано не только экономической целесообразностью (снижение испарения и расхода ИПС), но и достигаемым результатом. При меньшей концентрации ИПС (1,1%) произошло увеличение плотности тока и снижение анодного потенциала по отношению к значениям, полученным у образца с покрытием заявляемого состава, что позволяет сделать вывод о недостаточной коррозионной стойкости образцов медной катанки. Толщина оксидной пленки составила высокое значение (215 Å) и приблизилась к значению толщины, полученному по прототипу (220 Å).
Соотношения компонентов подобраны опытным путем и имеют ограниченные рамки. Полученные результаты позволяют считать, что состав предлагаемого ингибитора имеет явные преимущества по повышению коррозионной стойкости образцов меди.
В существующей технологии производства медной катанки для предохранения поверхности катанки от последующего окисления при транспортировке и смазки внутренней поверхности трубы укладчика используется восковой раствор, который наносится на поверхность катанки через форсунки методом распыления. Нанесение воскового раствора производится после стадии осветления медной катанки. Введение бензотриазола (БТА) от 0,2% до 1,0% в раствор применяемого консервационного покрытия воска не повысило коррозионную стойкость катанки по сравнению с образцами без использования ингибитора. Толщина оксидной пленки катанки не изменилась и составила 294-318 Å.
Цель изобретения - повышение эффективности защиты поверхности медной катанки от атмосферной коррозии при ее хранении и транспортировке морским путем в условиях высоких значений влажности и температур.
Поставленная цель достигается тем, что на поверхность медной катанки, после стадии осветления перед нанесением основного воскового покрытия, в специальной камере способом окунания катанки в раствор наносится водный раствор ингибитора коррозии следующего состава, мас.%:
1,2,3-бензотриазол (БТА) - 0,2-1,0;
изопропиловый спирт (ИПС) - 1,5-4,5;
вода - до 100.
Технический результат - образование полимерной пленки БТА - Cu (1+) на поверхности катанки (температура катанки 60-70°С), которая защищает поверхность медной катанки от атмосферной коррозии в качестве дополнительного слоя и прекращает доступ кислорода к поверхности катанки, исключая дальнейшую коррозию при прокатке, хранении и транспортировке.
2
Ингибирующая способность поверхности медной катанки подтверждается данными таблицы 2 по снижению толщины оксидного слоя (CuO+CuO) и увеличению коррозионной стойкости образцов медной катанки. Ускоренные испытания по оценке коррозионной стойкости образцов медной катанки, покрытых дополнительным слоем ингибитора коррозии, проводили несколькими способами.
1. В эксикаторе в парах соляного раствора NaCl 3,5% при температуре плюс 35°С по ГОСТ 9.308 - 85 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические».
2. В лабораторной камере соляного тумана «Ascott» (Великобритания) при температуре плюс 35°С (влажность 84%) по ГОСТ 9.509 - 89 «Средства временной противокоррозионной защиты».
3. Электрохимическим методом на потенциостате IPC-Pro с погружением образцов в 5,0%-ный соляной раствор NaCl при температуре плюс 35°С, по ГОСТ 9.509-89 «Средства временной противокоррозионной защиты».
4. В промышленной климатической камере испытывали бунты медной катанки с изменением температур в диапазоне от минус 20°С (влажность 50%) до плюс 50°С (влажность от 80% до 98%) по ГОСТ 9.509 - 89 «Средства временной противокоррозионной защиты».
Оценка ингибирующей способности предлагаемого состава раствора приведена в таблице 2. При концентрации 0,2% БТА - образцы выдержали испытания в течение 7 суток, при 1% БТА - 9 суток (показатели получены в эксикаторе).
Таблица 2 - Коррозионная стойкость образцов катанки, обработанных раствором БТА в водном растворе 4,5% ИПС после опытно-промышленных испытаний.
№ образца
Расчетная концентрация БТА, %
Толщина оксидной пленки, Å
Коррозионная стойкость
Коррозионная стойкость, электрохимический метод
В эксикаторе, сут
Камера «Ascott», ч
Анодная плотность тока, А/м<sup>2</sup>
Потенциал при анодной плотности тока, мВ
1
0
300-320
2
42
394,9
163,0
2
0,1
309
2
42
380,4
163,4
3
0,2
200
7
42
289,7
163,9
4
0,4
185
7
64
270,8
140,5
5
0,5
160
8
64
224,9
137,6
6
0,6
140
8
85
226,9
135,1
7
0,8
100
8
91
216,1
135,8
8
1,0
<100
9
112
198,1
127,6
9
1,2
<100
9
112
205,3
130,5
Обоснование выбранных диапазонов содержания основных компонентов в растворе ингибитора коррозии по результатам опытно-промышленных испытаний, проведенных на действующем производстве медной катанки (табл.2):
При концентрации БТА ниже 0,1% не будет достигнута требуемая степень покрытия поверхности медной катанки ингибитором коррозии. Толщина оксидной пленки на поверхности катанки при концентрации БТА при 0,1% составила 309 Å, т.е. снизилась незначительно, по сравнению с толщиной оксидной пленки на стандартных образцах - от 300 до 320 Å. Коррозионная стойкость образцов катанки незначительно увеличивается по сравнению со стандартными образцами катанки без БТА. Увеличение концентрации БТА способствует получению более стабильных результатов по снижению толщины оксидной пленки и увеличению коррозионной стойкости (минимальные значения анодной плотности тока).
При концентрации БТА 0,5% толщина оксидной пленки на поверхности медной катанки по методу POPsa составила 160 Å, при большей концентрации регистрируется на уровне менее 100 Å. Повышение концентрации БТА более 1% не увеличивает коррозионную стойкость образцов катанки и поэтому увеличение концентрации БТА нецелесообразно. Кроме того, покрытие с концентрацией БТА более 1,0% способствует повышенному скольжению витков медной катанки относительно друг друга при намотке бунтов.
ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ.
Проведены опытно-промышленные испытания на установке по нанесению ингибитора коррозии на медную катанку. В реактор установки закачивают воду. Добавляют расчетное количество изопропилового спирта для создания необходимой концентрации. Загружают расчетное количество порошка 1,2,3-бензотриазола при постоянном перемешивании. Рабочая температура раствора в реакторе составляет 33-38°С. Время приготовления раствора до полного растворения БТА - 0,5 часа.
Приготовленный раствор обладает необходимыми характеристиками при следующем соотношении компонентов: 1,2,3-бензотриазол - 0,2-1,0%, изопропиловый спирт - 1,5-4,5%, вода - до 100%.
Промышленные бунты катанки в количестве 126 т, обработанные предлагаемым составом с концентрацией БТА 0,2%, 0,5,% и 1,0% с последующим нанесением воскового раствора СС 30FM, прошли испытания в климатической камере. После 2,5 месяцев испытаний поверхность катанки оставалась светлой, блестящей и не имела следов коррозии. Бунты катанки, обработанные раствором воска СС 30FM концентрацией от 11,3% до 12,0% без нанесения предварительного слоя ингибитора коррозии, выдержали испытания в промышленной климатической камере в течение двух недель. Поверхность катанки полностью прокорродировала.