Nikkelipohjainen metalliseos (Incoloy 800 N08800) seos kestää korkeita lämpötiloja ja korroosionkestävyys
1. Esittely
Incoloy 800 -seos on rautapohjainen metalliseos; se sisältää suuren määrän Ni, Cr ja pienen määrän Si, Mn, Cu, Al, Ti. Sillä on korkea korkeiden lämpötilojen lujuus, ja sillä on myös hyvä hapettumiskestävyys, hiiletyskestävyys ja läpäisevyydenkestävyys. Rikin ominaisuudet. Korkeat Cr- ja Ni-pitoisuudet takaavat pitkäaikaisen vakauden syövyttävissä ympäristöissä. 800 seoksesta krakattu raakabensiinin uuniputki, jota käytettiin vedynkäsittelylaitoksessa 150,000 tuntia
(17 vuotta) myöhemmin se on kärsinyt vain vähäisestä korroosiosta ja sillä on edelleen hyvät mekaaniset ominaisuudet.
Yhdysvalloissa ja muissa maissa Alloy 800:sta on tullut tavallinen korkean lämpötilan rakennemateriaali. Tämä metalliseos soveltuu erinomaisesti käytettäväksi monenlaisissa olosuhteissa, ja sen seurauksena tätä materiaalia on käytetty laajasti monissa korkean lämpötilan järjestelmissä viime vuosina. Yhdysvalloissa pääpaino on ollut kehittyneiden energianmuunnosjärjestelmien sovelluksissa, erityisesti hiilen polttoon ja kaasutukseen liittyvissä sovelluksissa. Tulokset vaihtelevat onnistumisesta kuivuuden aiheuttamaan odottamattomaan epäonnistumiseen. Lähes kaikissa tapauksissa ongelma johtuu rikin kiihdytetystä korroosiosta.
Sulfidointi näyttää olevan tärkein tartuntakohta, joka rajoittaa tämän seoksen laajaa käyttöä. Tämän seoksen luotettavan käytön ehdot eivät ole vielä selviä. Tämän artikkelin tarkoituksena on tarkastella tietoja Alloy 800:n käyttäytymisestä rikkiä sisältävissä ilmakehissä ja arvioida Alloy 800:n kykyä vastustaa sulfidaatiokorroosiota. Rajoitukset viittaavat lisäksi käyttäytymiseen vaikuttaviin ympäristö- ja materiaalitekijöihin sekä alueisiin, joilla tarvitaan lisätyötä.
2. Antioksidantit
Useimmat Incolog 800 -seoksen sovellukset ilmakehissä, joissa saattaa esiintyä rikin muodostumista ja korroosiota, kuuluvat johonkin seuraavista kolmesta ilmakehästä: (1) öljyn käsittely, (2) hiilen kaasutus ja (3) fossiilisten polttoaineiden poltto. Suurin ero kunkin ilmakehän välillä on hapen aktiivisuus, lämpötila ja paine, mutta jotkut ilmakehän komponentit ovat osittain samoja, eikä niissä aina ole ilmeisiä eroja. Alla on aiemmat ja nykyiset testitulokset 800 lejeeringistä eri aloilla, mukaan lukien arviot rajoitetun käytön nauhoista, jotka vaativat parempaa suorituskykyä.
2.1 Öljyn käsittely
Öljyteollisuuden käyttöolosuhteet ovat: matala lämpötila ja ilmakehä sisältää vetyä, hiilivetyjä, hiilioksideja ja höyryä, joka sisältää pieniä tai pieniä määriä HS:ää. Tämän tyyppinen ilmakehä sisältää yleensä<1% HS (generally less than 100ppm) and very low activity hydrogen, and the temperature generally does not exceed 650°C. Over the years, people have intermittently revealed the behavior of many high-temperature alloys in H2/HS environments: Such as Soreu and Hogt in 1956, Backensto et al. in 1958 and 1956, Mcoy and Hamel in 1971. Based on reported information, a summary of the relationship between sulfidation corrosion of 800 alloy and temperature, pressure and HS content (data combined with laboratory and factory results.)
Korroosionopeus riippuu suurelta osin lämpötilasta, eikä se ole herkkä HS-pitoisuudelle ja kokonaispaineelle. Kun ilmakehä sisältää 0,02 % HS:ää, 800-seoksessa tapahtuu sulfidaatiokorroosiota. Kukaan ei ole vielä käsitellyt perhappipitoisuuden vaikutusta, mutta voidaan päätellä, että happiaktiivisuuden on oltava melko alhainen, jotta sulfidista tulee stabiili tasapainotila kaasufaasin kanssa, kuten röntgendiffraktioanalyysi osoittaa. pinnan oksidi.
Johtopäätös, jonka mukaan vulkanointinopeus ei ole herkkä HS-pitoisuudelle, näyttää ulottuvan puhtaan HS:n tapaukseen. Burns on tutkinut 8-seoksen reaktiota puhtaassa HS:ssä 101,3 kPa:ssa. Korroosionopeus 593 asteessa on 1,194 mm/vuosi. Tällä hetkellä HS:n pitoisuus on 2 suuruusluokkaa pienempi kuin pitoisuus vastaavassa lämpötilassa taulukossa 1, ja voima on vain taulukko 1. puolet vastaavasta lämpötilasta, mikä on jyrkästi ristiriidassa taulukon ekstrapoloitujen tietojen kanssa. 1. Hän varmisti ylikuumenemisen vaikutuksen korroosion nopeuteen. Korroosionopeus puhtaalla HS:llä 650 asteessa oli 3,48 mm/vuosi. Näyte vulkanoitiin voimakkaasti 12 tunnin kuluessa 774 asteessa ja tuhoutui kokonaan 982 asteessa.
Saatujen tietojen mukaan, kun 800-seosta käytetään ilmakehässä, joka sisältää laajan valikoiman HS-komponentteja muutamasta ppm:stä 100 % HS:ään, ei ilmene sulfidikorroosiota alle 538 asteen ja romu korroosionopeus (0,408 mm/vuosi) näyttää olevan korkeampi kuin 538 astetta ja sisältää vähintään 1 % H, S-ilmakehää. Ei kuitenkaan ole tietoa korroosion nopeudesta ilmakehissä, jotka sisältävät pieniä tai pieniä määriä yli 538 astetta HS:ää. Pitäisi olla kriittinen rajapiste, jonka alapuolella korroosiota ei tapahdu sulfidifaasin termodynaamisen stabiilisuuden vuoksi. Fe:n, Ni:n, Cr:n ja Mn:n faasistabiili rajapinta (metalli/metallisulfidi) lämpötilan ja HS/H-suhteen funktiona on esitetty kuvassa 1. Jos HS/-H2-suhde on alle 10~3, Fe ja Ni ei muodosta stabiileja sulfideja yli 760 asteen lämpötilassa. Vaikka muodostuisi Fe:n ja Ni:n sulfideja, jotka aiheuttavat 800-lejeeringin nopean syöpymisen, se voi silti säilyttää hyvän suorituskyvyn yli 760 asteen olosuhteissa ja HS:n pitoisuus H:ssa alle 1000 ppm.
Toisaalta, jos Cr- ja Mn-sulfidit muodostuvat sisäisestä tai ulkoisesta sulfidista, mikä edistää lejeeringin nopeaa korroosiota, voidaan nähdä kuvasta 1, että suurin rikkipitoisuus ilman reaktiota on 1 ppm - 1 ppb. Koska reaktiosta alhaisissa HS-pitoisuuksissa ei ole kineettisiä tietoja, on vaikea arvioida reaktion säätelytekijöitä ja rajoja. Rao ja Nelson tutkivat 310 ruostumattoman teräksen (25Cr, 20Ni, jäljellä Fe) reaktiota ilmakehässä, jonka paine oli 1,5×10-4 Nm-² ja rikkihöyryn osapaine 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H vastaa 2,71 × 10-³ (2700 × 10- astetta HS). He havaitsivat, että muodostui vain spinellityyppisiä Fe- ja Cr-sulfideja, mikä on yhdenmukainen kuvan 1 tietojen kanssa. Ni-sulfidi on epästabiili näissä olosuhteissa, kun taas Fe- ja Cr-spinellityyppinen sulfidi on stabiili.
Raon ja Nelsonin mittauksen mukaan reaktionopeus on erittäin nopea ja painonnousu 100 tunnin kohdalla on erittäin suuri, vastaten 115 mg/cm². Tämä osoittaa, että suorituskyvyn sallitun HS/H:n on oltava selvästi alle 2700 ppm. Incoloy800-lejeeringin uskotaan käyttäytyvän hyvin samalla tavalla. Nykyinen ymmärrys ei riitä määrittämään 800 lejeeringin todellista käyttäytymistä korkean lämpötilan ja alhaisen rikkipitoisuuden ilmakehissä. On tarpeen tutkia maksimipitoisuuden ja lämpötilan välistä suhdetta hyvässä korroosionkestävyydessä. Tämä on tietysti tärkeä tutkimus, joka johtaa tämän seoksen luotettavampiin sovelluksiin. ala.
There are two ways to increase the operating temperature in petrochemical atmospheres with high sulfur content: one is to adjust the alloy composition to reduce the vulcanization speed, and the other is to adjust the gas composition to form a protective oxide film on the alloy surface. Strafford et al. synthesized the effects of alloy elements on sulfidation. The results showed that there is little hope of greatly reducing the sulfide corrosion rate by adjusting the alloy composition. It is questionable whether a small amount of additives in the matrix can form an anti-sulfide barrier layer. A large amount of The additives will result in the formation of a new alloy rather than modifying the 800 alloy. A more feasible method is to modify the alloy to form a protective oxide film in an atmosphere with very low oxygen concentration. As shown in Figure 1, to form a chromium oxide film, it is required that HO/H>1ppm at 650℃, and at 982 ℃HO/H>100 ppm modifioitu seos, johon on lisätty Alia, muodostaa A12O3:a selektiivisen hapettumisen vuoksi, ja oksidikalvo voi muodostua myös ilmakehässä, jossa on erittäin alhainen happipitoisuus, kuten logPH2o/PH2 -9~-10.
Burns tutki Al-modifioidun 800-seoksen käyttäytymistä puhtaassa HS-ilmakehässä. Kun lisättiin {{10},25 %, 2 % ja 4 % Al, korroosionopeus laski arvosta 1,175 arvoon 0,725, 0,175 ~ 0,25 ja 0,075 ~0,15 mm/vuosi vastaavasti 593 asteessa. Tämä voi johtua Al:n selektiivisestä hapettumisesta ilmakehässä, jossa on erittäin alhainen happiaktiivisuus, jolloin muodostuu suojaava oksidikalvo. Paremman suojavaikutuksen saavuttamiseksi lisättävän A1:n määrä on vähintään 4 %, mikä on sama kuin Al, joka tarvitaan Fe--Cr-Ni-Al- ja Fe-Cr-Al-seoksille muodostamaan A1-suojakalvo matalahappipitoisessa hiilen kaasutusilmakehässä. Sisältö on johdonmukaista.
Toinen menetelmä, joka on lisätä hapen aktiivisuutta ilmakehässä ja muodostaa suojaava kromioksidikalvo 800-lejeeringille, on käyttökelpoisempi, mutta prosessi tai järjestelmä voi rajoittaa tätä. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi pienen höyryn tai CO:n lisääminen on tehokkaampaa. Clayton havaitsi, että 800 metalliseosputkea eteenin krakkausuunissa käytettiin teollisuusbensiinissä ja höyryssä, jonka rikkiaktiivisuus oli pienempi 704 asteen lämpötilassa. Rikkikorroosiota ei tapahtunut ennen kuin vuotta myöhemmin. Päinvastoin, vähäisiä määriä natriumia lisättiin höyryyn. Se tuhoaa suojaavan oksidikalvon, mikä johtaa sulfidikorroosioon, ja korroosio on vakava vain kolmessa kuukaudessa.
