Nikkel alapú ötvözet (Incoloy 800 N08800) ötvözet ellenáll a magas hőmérsékletnek és korrózióálló
1. Bemutatkozás
Az Incoloy 800 ötvözet egy vasalapú ötvözet; nagy mennyiségben tartalmaz Ni, Cr és kis mennyiségben Si, Mn, Cu, Al, Ti. Magas, magas hőmérsékleti szilárdsággal rendelkezik, valamint jó oxidáció-, karburációs és permeabilitási ellenállással rendelkezik. Kén tulajdonságai. A magas Cr- és Ni-tartalom hosszú távú stabilitást biztosít korrozív környezetben. 800 ötvözetből készült, repedt nyersbenzin kemencecső hidrogénfeldolgozó üzemben 150,000 órán keresztül
(17 évvel később) csak kisebb korróziót szenvedett el, és még mindig jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik.
Az Egyesült Államokban és más országokban az Alloy 800 a standard magas hőmérsékletű szerkezeti anyag lett. Ez az ötvözet kiválóan alkalmas a legkülönfélébb körülmények között történő használatra, és ennek eredményeként ezt az anyagot az elmúlt években széles körben használták számos magas hőmérsékletű rendszerben. Az Egyesült Államokban a fő hangsúly a fejlett energiaátalakító rendszerekben, különösen a szénégetéssel és az elgázosítással kapcsolatos alkalmazásokon volt, a sikertől a szárazság miatti váratlan meghibásodásig változó eredményekkel. Szinte minden esetben a kéngyorsítású korrózió okozza a problémát.
Úgy tűnik, hogy a szulfidáció a fő ragadós pont, amely korlátozza ennek az ötvözetnek a széles körű használatát. Ennek az ötvözetnek a megbízható használatának feltételei még nem tisztázottak. Ennek a cikknek az a célja, hogy áttekintse az Alloy 800 kéntartalmú atmoszférában való viselkedésére vonatkozó adatokat, és értékelje az Alloy 800 szulfidációs korrózióval szembeni ellenálló képességét. A korlátok emellett rámutatnak a viselkedést befolyásoló környezeti és anyagi tényezőkre, valamint azokra a területekre, ahol további munkára van szükség.
2. Antioxidánsok
Az Incolog 800-as ötvözet legtöbb olyan atmoszférában történő alkalmazása, ahol kénképződés és korrózió fordulhat elő, a következő három atmoszféra valamelyikéhez tartozik: (1) kőolajfeldolgozás, (2) szén elgázosítása és (3) fosszilis tüzelőanyag-égetés. A fő különbség az egyes atmoszférák között az oxigén aktivitása, a hőmérséklet és a nyomás, de egyes légkör-összetevők részben megegyeznek, és nem mindig vannak nyilvánvaló különbségek. Az alábbiakban a 800-as ötvözet múltbeli és jelenlegi vizsgálati eredményeit mutatjuk be különböző területeken, beleértve a korlátozott felhasználású szalagok becsléseit, amelyek jobb teljesítményt igényelnek.
2.1 Kőolaj-feldolgozás
A kőolajiparban a felhasználási feltételek a következők: alacsony hőmérséklet, és a légkör hidrogént, szénhidrogéneket, szén-oxidokat és gőzt tartalmaz, amely kis vagy nyomokban HS-t tartalmaz. Az ilyen típusú légkör általában tartalmaz<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.)
A korrózió sebessége nagymértékben függ a hőmérséklettől, és érzéketlen a HS-tartalomra és a teljes nyomásra. Ha a légkör 0,02% HS-t tartalmaz, szulfidációs korrózió lép fel a 800-as ötvözetben. A peroxigénkoncentráció hatását még senki nem tárgyalta, de arra lehet következtetni, hogy az oxigénaktivitásnak elég alacsonynak kell lennie ahhoz, hogy a szulfid stabil állapotba kerüljön egyensúlyban a gázfázissal, amint azt a röntgendiffrakciós analízis is bizonyítja. a felületi oxid.
Az a következtetés, hogy a vulkanizálási sebesség nem érzékeny a HS-koncentrációra, úgy tűnik, a tiszta HS esetére is kiterjeszthető. Burns tanulmányozta a 8-as ötvözet reakcióját tiszta HS-ben 101,3 kPa nyomáson. A korróziós sebesség 593 fokon 1,194 mm/év. Ekkor a HS koncentrációja 2 nagyságrenddel alacsonyabb, mint az 1. táblázatban szereplő megfelelő hőmérsékleten mért koncentráció, és az erő csak az 1. táblázatban látható. A megfelelő hőmérséklet fele, ami éles ellentétben áll a táblázat extrapolált adataival. 1. Ellenőrizte a túlmelegedés hatását a korróziós sebességre. A korróziós sebesség tiszta HS alatt 650 fokon 3,48 mm/év volt. A mintát 774 fokon 12 órán belül erősen vulkanizálták, 982 fokon pedig teljesen megsemmisültek.
A kapott adatok szerint, ha 800 ötvözetet használnak olyan atmoszférában, amely néhány ppm-től 100% HS-ig terjedő mennyiségű HS komponenst tartalmaz, 538 fok alatt nem lesz nyilvánvaló szulfidkorrózió, és a selejt A korrózió sebessége (0,408 mm/év) 538 fok felettinek tűnik, és 1% vagy annál több H, S atmoszférát tartalmazhat. Nincsenek azonban adatok a korróziós sebességről az 538 fok feletti kis vagy nyomokban HS-t tartalmazó légkörben. Kell lennie egy kritikus határértéknek, amely alatt a szulfidfázis termodinamikai stabilitása miatt nem lép fel korrózió. A Fe, Ni, Cr és Mn fázisstabil határfelülete (fém/fém-szulfid) a hőmérséklet és a HS/H arány függvényében az 1. ábrán látható. Ha a HS/-H2 arány kisebb, mint 10~3, Fe, ill. A Ni nem képez stabil szulfidokat 760 fok felett. Még ha Fe és Ni szulfidjai képződnek is, ami a 800-as ötvözet gyors korrodálódását okozza, akkor is jó teljesítményt tud fenntartani 760 fok feletti körülmények között, és a HS koncentrációja H-ban 1000 ppm-nél kisebb.
Másrészt, ha a Cr- és Mn-szulfidokat belső vagy külső szulfid képezi, ami elősegíti az ötvözet gyors korrózióját, akkor az 1. ábrán látható, hogy a maximális kéntartalom reakció nélkül 1 ppm-1 ppb. Mivel nincs kinetikai adat a HS kis koncentrációjú reakciójáról, nehéz megítélni a reakció szabályozó tényezőit és határait. Rao és Nelson 310 rozsdamentes acél (25Cr, 20Ni, maradék Fe) reakcióját tanulmányozták 1,5×10-4 Nm-² nyomású és 1,5×10-' kéngőz parciális nyomású atmoszférában. Nm-2 HS/H. A HS/H 2,71×10-³-nak (2700×10- HS-fok) egyenértékű. Azt találták, hogy csak a spinell típusú Fe és Cr szulfidok képződnek, ami összhangban van az 1. ábra adataival. A nikkel-szulfid ilyen körülmények között instabil, míg a vas és kr spinell típusú szulfidja stabil.
Rao és Nelson mérése szerint a reakciósebesség nagyon gyors, és a súlygyarapodás 100 óra alatt igen nagy, 115mg/cm²-nek felel meg. Ez azt jelzi, hogy a megengedett HS/H-nak jóval 2700 ppm alatt kell lennie. Az Incoloy800 ötvözetről úgy tartják, hogy nagyon hasonlóan viselkedik. A jelenlegi ismeretek nem elegendőek a 800-as ötvözet tényleges viselkedésének meghatározásához magas hőmérsékletű és alacsony kéntartalmú atmoszférában. Meg kell vizsgálni a maximális tartalom és a hőmérséklet közötti kapcsolatot jó korrózióállóság mellett. Ez nyilvánvalóan egy fontos kutatás, amely ennek az ötvözetnek a megbízhatóbb alkalmazásához vezet. terület.
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 módosított ötvözet Al hozzáadásával A12O3-t képez a szelektív oxidáció miatt, és oxidfilm képződhet rendkívül alacsony oxigénkoncentrációjú atmoszférában is, például logPH2o/PH2 -9~-10.
Burns az Al-módosított 800 ötvözet viselkedését tanulmányozta tiszta HS atmoszférában. {{10}},25%, 2% és 4% Al hozzáadásával a korróziós arány 1,175-ről 0,725-re, 0,175-0,25 és 0,075-re csökkent ~0,15 mm/év, illetve 593 fokon. Ez annak tudható be, hogy az Al szelektív oxidációja nagyon alacsony oxigénaktivitású atmoszférában védő oxidfilmet képez. A jobb védőhatás elérése érdekében a hozzáadott A1 mennyisége legalább 4%, ami megegyezik a Fe--Cr-Ni-Al és a Fe-Cr-Al ötvözetek kialakulásához szükséges Al mennyiségével. A1 védőfólia alacsony oxigénkoncentrációjú szénelgázosítási atmoszférában. A tartalom következetes.
A második módszer, amely az oxigén aktivitásának növelése a légkörben és króm-oxid védőréteg kialakítása a 800-as ötvözeten, megvalósíthatóbb, de ezt az eljárás vagy a rendszer korlátozhatja. E cél elérése érdekében kis mennyiségű gőz vagy CO hozzáadása hatékonyabb. Clayton azt találta, hogy egy etilén krakkoló kemencében 800 ötvözött csövet használtak benzinben és gőzben, alacsonyabb kénaktivitással 704 fokos hőmérsékleten. Egy évvel később szulfidos korrózió nem fordult elő. Éppen ellenkezőleg, nyomokban nátriumot adtunk a gőzhöz. Elpusztítja a védő oxidfilmet, ami szulfidkorrózióhoz vezet, és a korrózió mindössze három hónapon belül súlyos lesz.
