Niklipõhise sulami (Incoloy 800 N08800) sulami vastupidavus kõrgele temperatuurile ja korrosioonikindlus
1. Sissejuhatus
Incoloy 800 sulam on rauapõhine sulam; see sisaldab suures koguses Ni, Cr ja vähesel määral Si, Mn, Cu, Al, Ti. Sellel on kõrge tugevus kõrgel temperatuuril, samuti hea oksüdatsioonikindlus, karburiseerimiskindlus ja läbilaskvuskindlus. Väävli omadused. Kõrge Cr ja Ni sisaldus tagab pikaajalise stabiilsuse söövitavas keskkonnas. 800 sulamist krakitud toorbensiini ahjutoru, mida kasutatakse vesiniku töötlemise tehases 150 000 tundi
(17 aastat) hiljem on see vaid vähesel määral korrosiooni saanud ja sellel on endiselt head mehaanilised omadused.
Ameerika Ühendriikides ja teistes riikides on sulamist 800 saanud standardne kõrge temperatuuriga konstruktsioonimaterjal. See sulam sobib suurepäraselt kasutamiseks mitmesugustes tingimustes ja seetõttu on seda materjali viimastel aastatel laialdaselt kasutatud paljudes kõrge temperatuuriga süsteemides. Ameerika Ühendriikides on põhitähelepanu pööratud täiustatud energia muundamise süsteemide rakendustele, eriti nendele, mis on seotud kivisöe põletamise ja gaasistamisega, kusjuures tulemused on varieeruvad alates edust kuni põuast tingitud ootamatu ebaõnnestumiseni. Peaaegu kõigil juhtudel on probleem tingitud väävliga kiirendatud korrosioonist.
Sulfideerimine näib olevat peamine tõrge, mis piirab selle sulami laialdast kasutamist. Selle sulami usaldusväärse kasutamise tingimused pole veel selged. Selle artikli eesmärk on vaadata läbi andmed Alloy 800 käitumise kohta väävlit sisaldavas keskkonnas ja hinnata sulami 800 potentsiaali sulfidatsioonikorrosioonile vastu seista. Piirangud viitavad pealegi käitumist mõjutavatele keskkonna- ja materiaalsetele teguritele, samuti valdkondadele, kus on vaja edasist tööd teha.
2. Antioksüdandid
Enamik Incolog 800 sulami rakendusi atmosfäärides, kus võib esineda väävlistumine ja korrosioon, kuuluvad ühte kolmest järgmisest atmosfäärist: (1) nafta töötlemine, (2) kivisöe gaasistamine ja (3) fossiilkütuste põletamine. Peamine erinevus iga atmosfääri vahel on hapniku aktiivsus, temperatuur ja rõhk, kuid mõned atmosfäärikomponendid on osaliselt samad ja alati ei esine ilmseid erinevusi. Allpool on 800 sulami varasemad ja praegused katsetulemused erinevates valdkondades, sealhulgas hinnangud piiratud kasutusega ribade kohta, mis nõuavad paremat jõudlust.
2.1 Nafta töötlemine
Naftatööstuses kasutatavad kasutustingimused on järgmised: madal temperatuur ja atmosfäär sisaldab vesinikku, süsivesinikke, süsinikoksiide ja auru, mis sisaldab väikeses või väikeses koguses HS-i. Seda tüüpi atmosfäär sisaldab tavaliselt<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.)
Korrosioonikiirus sõltub suuresti temperatuurist ega ole tundlik HS sisalduse ja üldrõhu suhtes. Kui atmosfäär sisaldab 0,02% HS-i, tekib 800 sulamis sulfidatsioonikorrosioon. Keegi ei ole veel arutanud perhapniku kontsentratsiooni mõju, kuid sellest võib järeldada, et hapniku aktiivsus peab olema üsna madal, et sulfiid muutuks gaasifaasiga tasakaalus stabiilseks olekuks, nagu näitab röntgendifraktsioonianalüüs. pinna oksiid.
Järeldus, et vulkaniseerimiskiirus ei ole HS kontsentratsiooni suhtes tundlik, näib laienevat ka puhta HS puhul. Burns on uurinud 8 sulami reaktsiooni puhtas HS-is rõhul 101,3 kPa. Korrosioonikiirus 593 kraadi juures on 1,194 mm/aastas. Sel hetkel on HS kontsentratsioon 2 suurusjärku madalam kui kontsentratsioon tabelis 1 vastaval temperatuuril ja jõud on ainult tabelis 1. pool vastavast temperatuurist, mis on teravas vastuolus tabelis toodud ekstrapoleeritud andmetega. 1. Ta kontrollis ülekuumenemise mõju korrosioonikiirusele. Korrosioonikiirus puhta HS juures 650 kraadi juures oli 3,48 mm/aastas. Proov vulkaniseeriti tugevalt 12 tunni jooksul 774 kraadi juures ja hävis täielikult 982 kraadi juures.
Saadud andmete kohaselt, kui 800 sulamit kasutatakse atmosfääris, mis sisaldab laias valikus HS-i komponente mõnest ppm-st kuni 100% HS-i, ei teki ilmset sulfiidkorrosiooni alla 538 kraadi ja jäägid. korrosioonikiirus (0,408 mm/aastas) näib olevat kõrgem kui 538 kraadi ja võib esineda 1% või rohkem H, S atmosfääri. Siiski puuduvad andmed korrosioonikiiruse kohta atmosfääris, mis sisaldab väikeses või väikeses koguses HS-i üle 538 kraadi. Peaks olema kriitiline piirpunkt, millest allpool sulfiidfaasi termodünaamilise stabiilsuse tõttu korrosiooni ei toimu. Fe, Ni, Cr ja Mn faasistabiilne liides (metall/metallsulfiid) temperatuuri ja HS/H suhte funktsioonina on näidatud joonisel 1. Kui HS/-H2 suhe on väiksem kui 10~3, siis Fe ja Ni ei moodusta üle 760 kraadi stabiilseid sulfiide. Isegi kui moodustuvad Fe ja Ni sulfiidid, mis põhjustavad 800 sulami kiiret korrodeerumist, suudab see siiski säilitada head jõudlust tingimustes, mis on kõrgemad kui 760 kraadi ja HS kontsentratsioon H-s alla 1000 ppm.
Teisest küljest, kui Cr- ja Mn-sulfiidid moodustuvad sulami kiiret korrosiooni soodustavast sisemisest või välisest sulfiidist, on jooniselt 1 näha, et maksimaalne väävlisisaldus ilma reaktsioonita on 1 ppm kuni 1 ppb. Kuna HS madalate kontsentratsioonide reaktsiooni kohta kineetilised andmed puuduvad, on reaktsiooni kontrollfaktoreid ja piire raske hinnata. Rao ja Nelson uurisid 310 roostevaba terase (25Cr, 20Ni, ülejäänud Fe) reaktsiooni atmosfääris rõhuga 1,5×10-4 Nm-² ja väävliauru osarõhuga 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H võrdub 2,71 × 10-³ (2700 × 10- kraadi HS). Nad leidsid, et moodustusid ainult spinell-tüüpi Fe ja Cr sulfiidid, mis on kooskõlas joonisel 1 toodud andmetega. Ni-sulfiid on nendes tingimustes ebastabiilne, samas kui Fe ja Cr spinell-tüüpi sulfiid on stabiilne.
Rao ja Nelsoni mõõtmise järgi on reaktsioonikiirus väga kiire ja kaalutõus 100 tunniga väga suur, võrdub 115mg/cm². See näitab, et lubatud HS/H peab olema tunduvalt alla 2700 ppm. Arvatakse, et Incoloy800 sulam käitub väga sarnaselt. Praegustest arusaamadest ei piisa, et määrata 800 sulami tegelik käitumine kõrge temperatuuri ja madala väävlisisaldusega atmosfäärides. Hea korrosioonikindluse korral on vaja uurida maksimaalse sisalduse ja temperatuuri suhet. See on ilmselgelt oluline uuring, mis viib selle sulami usaldusväärsemate rakendusteni. valdkonnas.
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 modifitseeritud sulam, millele on lisatud Al, moodustab selektiivse oksüdatsiooni tõttu A12O3 ja oksiidkile võib tekkida ka äärmiselt madala hapnikusisaldusega atmosfääris, näiteks logPH2o/PH2 -9~-10.
Burns uuris Al-modifitseeritud 800 sulami käitumist puhtas HS-i atmosfääris. Lisades {{10},25%, 2% ja 4% Al, langes korrosioonimäär 1,175-lt 0,725-le, 0.175-0,25-le ja 0,075-le 593 kraadi juures vastavalt ~0,15 mm/aastas. See võib olla tingitud Al selektiivsest oksüdeerumisest väga madala hapnikuaktiivsusega atmosfääris, moodustades kaitsva oksiidkile. Parema kaitseefekti saavutamiseks on lisatav A1 kogus vähemalt 4%, mis on sama kui Al, mis on vajalik Fe--Cr-Ni-Al ja Fe-Cr-Al sulamite moodustamiseks. A1 kaitsekile madala hapnikusisaldusega kivisöe gaasistamiskeskkonnas. Sisu on ühtlane.
Teine meetod, milleks on hapniku aktiivsuse suurendamine atmosfääris ja kaitsva kroomoksiidkile moodustamine 800 sulamile, on teostatavam, kuid seda võib protsess või süsteem piirata. Selle eesmärgi saavutamiseks on efektiivsem väikese koguse auru või CO lisamine. Clayton leidis, et 800 legeeritud toru etüleeni krakkimisahjus kasutati madalama väävli aktiivsusega naftas ja aurus temperatuuril 704 kraadi. Sulfiidikorrosiooni ei toimunud enne aasta möödumist. Vastupidi, aurule lisati vähesel määral naatriumi. See hävitab kaitsva oksiidkile, mis põhjustab sulfiidkorrosiooni ja korrosioon muutub tõsiseks juba kolme kuu pärast.
