Лист свинец сурьмянистый

Свинцово-сурьмянистый лист: свойства и отличия от чистого свинца

Свинцово-сурьмянистый лист — это плоский прокат из сплава системы Pb–Sb, в котором содержание сурьмы составляет от 0,4 до 12 %. Даже небольшая добавка сурьмы существенно меняет механические характеристики свинца: повышается твёрдость, растёт предел прочности на растяжение, улучшается стойкость к электрохимической коррозии. Благодаря этим свойствам свинцовый лист из сурьмянистого сплава востребован в аккумуляторном производстве, химической промышленности, кабельной отрасли и при устройстве радиационной защиты.

По сравнению с чистым свинцом марок С1–С3 (ГОСТ 3778-98) сурьмянистый сплав заметно прочнее. Чистый Pb имеет твёрдость около 4–5 HB и предел прочности на растяжение порядка 12–13 МПа. При введении сурьмы эти показатели возрастают: сплавы с 6–10 % Sb достигают 40–60 МПа и твёрдости 12–16 HB. Это позволяет применять свинцово-сурьмянистый лист там, где чистый свинец деформируется под нагрузкой.

Влияние сурьмы на физико-механические характеристики свинца

Система Pb–Sb относится к эвтектическому типу. В твёрдом состоянии компоненты практически не растворяются друг в друге (максимальная растворимость Sb в Pb — около 3,5 % по массе). Эвтектическая точка расположена при содержании сурьмы примерно 13 % и температуре около 252 °C. Это означает, что добавление сурьмы к свинцу снижает температуру начала плавления сплава по сравнению с чистым свинцом (327 °C).

Основные эффекты от введения сурьмы в свинец:

С ростом содержания сурьмы увеличивается твёрдость и прочность, но снижается пластичность. По этой причине для прокатки в лист используют преимущественно доэвтектические сплавы (до 13 % Sb). Сплавы с высоким содержанием сурьмы (более 5–6 %) труднее прокатываются и склонны к растрескиванию при деформации, поэтому для листового проката чаще применяют марки с умеренным содержанием Sb.

Марки свинцово-сурьмянистых сплавов для листового проката

Химический состав свинцово-сурьмянистых сплавов регламентируется ГОСТ 1292-81. Стандарт устанавливает несколько марок сплавов, каждая из которых рассчитана на определённую область применения. Для листового проката наиболее востребованы доэвтектические марки с содержанием сурьмы от 0,4 до 5 %.

Помимо сурьмы, ГОСТ 1292-81 нормирует содержание примесей: меди, железа, мышьяка, цинка, висмута, олова. Для кабельных сплавов дополнительно ограничиваются серебро, кальций, магний, натрий и никель, поскольку эти элементы влияют на долговечность оболочки. Подробнее о марках и составах — на странице свинцовые сплавы сурьмянистые.

Производство свинцово-сурьмянистого листа

Получение сплава Pb–Sb

Сплав готовят в стальных тиглях или котлах. Свинец загружают в ёмкость, расплавляют и нагревают до рабочей температуры, достаточной для полного растворения сурьмы. После удаления шлаков и окисных плёнок с поверхности расплава вводят расчётное количество сурьмы. Сплав перемешивают для получения однородного состава и разливают в изложницы для формирования заготовок (слитков, чушек).

По ГОСТ 1292-81 свинцово-сурьмянистые сплавы поставляются в виде чушек массой не более 40 кг или блоков массой около 1000 кг. На каждой чушке выбивают марку сплава и номер плавки, а торец маркируют краской: ССу — синяя полоса, ССуМ — белая, ССуМТ — чёрная.

Прокатка листов

Листовой прокат из свинцово-сурьмянистого сплава получают методом горячей или холодной прокатки. Холоднокатаный лист обозначается буквой «Д» в маркировке (например, ДПРНХ — деформированный, прямоугольного сечения, нормальной точности, холоднокатаный). Прокатка ведётся из предварительно подготовленных слитков до достижения заданной толщины.

Требования к свинцовым листам регламентирует ГОСТ 9559-89 (а также его обновлённая редакция ГОСТ 9559-2021). Стандарт распространяется на листы из свинца марок С0, С1, С2, С3, а также на прокат из сплавов серии ССу.

Типоразмеры и формы поставки листового проката

Листы свинцово-сурьмянистые выпускаются в следующих диапазонах размеров:

Поверхность листов должна быть чистой, без плен, глубоких вмятин, пузырей, царапин и раковин (ГОСТ 9559-89, п. 2.2). Листы обрезаются ровно. При толщине более 2 мм контролируется волнистость поверхности.

Кроме листов, свинцово-сурьмянистые сплавы поставляются в виде чушек, труб, прутков, проволоки и анодов. Полный ассортимент листового свинцового проката представлен на странице свинец листовой.

Применение свинцово-сурьмянистого листа в промышленности

Химическая промышленность и защита от агрессивных сред

Свинцовые сплавы с сурьмой устойчивы к воздействию разбавленной серной и соляной кислот. На поверхности свинца образуется плотная плёнка сульфата или хлорида, которая замедляет дальнейшую коррозию. Это делает свинцово-сурьмянистый лист подходящим материалом для облицовки гальванических ванн, травильных камер, кислотных резервуаров и футеровки сернокислотного оборудования. По сравнению с чистым свинцом сурьмянистый сплав обеспечивает более высокую механическую стойкость облицовки при циклических нагрузках.

Аккумуляторное производство

Одна из основных областей применения свинцово-сурьмянистых сплавов — токоотводы (решётки) свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Сурьма повышает прочность решётки и улучшает литейные свойства сплава: снижается усадка при затвердевании, повышается жидкотекучесть, что позволяет получать тонкие решётчатые структуры. Для аккумуляторов применяют марки ССуА (2–7 % Sb) и ССу3 (3–5 % Sb).

Следует учитывать, что при содержании сурьмы выше 3–4 % сплав активнее способствует разложению воды в аккумуляторе (газовыделению при заряде). Поэтому в необслуживаемых батареях применяют свинцово-кальциевые сплавы, а сурьмянистые — в обслуживаемых.

Кабельная промышленность

Для защитных оболочек силовых кабелей используют сплав ССу с минимальным содержанием сурьмы (0,4–0,6 %). Такое количество Sb достаточно для повышения прочности оболочки, но не снижает пластичность до критического уровня. Свинцовая оболочка защищает токопроводящие жилы от влаги, механических повреждений и химически агрессивных грунтов.

Радиационная защита

Свинец — один из наиболее эффективных материалов для экранирования ионизирующего излучения благодаря высокой атомной массе (207,2 а.е.м.) и плотности (~11,34 г/см³). Свинцово-сурьмянистый лист применяется для обшивки стен рентгеновских кабинетов, лабораторий и других помещений, где требуется радиационная защита. Присутствие сурьмы повышает жёсткость листа, что упрощает монтаж по сравнению с мягким чистым свинцом.

Коррозионная стойкость свинцово-сурьмянистых сплавов

Свинец отличается высокой стойкостью к ряду агрессивных сред благодаря образованию защитных плёнок на поверхности. В серной кислоте концентрацией до 80 % при комнатной температуре свинец практически не корродирует — образуется плотный слой нерастворимого сульфата свинца PbSO₄. В соляной кислоте стойкость обеспечивается плёнкой хлорида свинца PbCl₂.

Добавление сурьмы сохраняет коррозионную стойкость сплава в этих средах, а в ряде условий (электрохимическая коррозия в серной кислоте) — повышает её за счёт механического упрочнения поверхностного слоя. При этом концентрированная серная кислота (более 90 %) и азотная кислота разрушают свинец, что необходимо учитывать при выборе материала.

Требования к безопасности при работе со свинцом

Свинец и его соединения относятся к веществам первого класса опасности по ГОСТ 12.1.005. При механической обработке, резке, пайке и особенно при нагреве свинцовых изделий выше 400–500 °C происходит интенсивное выделение паров и аэрозолей свинца в воздух рабочей зоны. ПДК свинца в воздухе производственных помещений — 0,01 мг/м³.

Основные меры безопасности при работе со свинцово-сурьмянистым листом:

Свинцово-сурьмянистые сплавы пожаро- и взрывобезопасны (ГОСТ 1292-81, п. 3.1).

Как выбрать марку сурьмянистого сплава для листового проката

Выбор марки зависит от условий эксплуатации листа. Основной критерий — баланс между прочностью и пластичностью.

Для облицовки химических резервуаров и футеровки оборудования, где лист подвергается умеренным механическим нагрузкам в агрессивной среде, подходят марки ССу2 (2,5–3,5 % Sb) и ССу3 (3–5 % Sb). Они обеспечивают достаточную жёсткость и сохраняют способность к формовке.

Для радиационной защиты, где лист крепится к стене или каркасу и не подвергается значительным деформациям, допустимо использовать как чистый свинец С1–С2, так и сурьмянистые марки ССу–ССу2. Сурьмянистый вариант удобнее в монтаже — лист не провисает под собственным весом.

Для кабельных оболочек предназначен исключительно сплав ССу (0,4–0,6 % Sb), который обеспечивает необходимую пластичность при прессовании на кабель.

Маркировка и условное обозначение свинцового листа

Обозначение листа по ГОСТ 9559-89 включает: способ изготовления (Д — холоднокатаный), форму сечения (ПР — прямоугольная), точность (Н — нормальная, П — повышенная), размеры (толщина × ширина × длина) и марку сплава.

Пример обозначения: Лист ДПРНХ 3×500×1000 ССу2 ГОСТ 9559-89 — лист холоднокатаный, прямоугольный, нормальной точности, толщиной 3 мм, шириной 500 мм, длиной 1000 мм, из сплава ССу2.

На каждый лист наносится маркировка несмываемой краской или клеймом с указанием товарного знака изготовителя, марки сплава и номера партии.

Условия поставки

Свинцово-сурьмянистые листы поставляются партиями, каждая из которых сопровождается документом о качестве. В документе указываются: наименование изготовителя, марка сплава, номер партии, результаты контроля химического состава и размеров. Листы толщиной 0,8 мм и менее поставляются в рулонах на деревянном стержне с обёрткой из парафинированной бумаги. Листы большей толщины упаковывают в ящики или формируют в транспортные пакеты на поддонах.