Slitina na bázi niklu (Incoloy 800 N08800) odolnost slitiny vůči vysokým teplotám a odolnost proti korozi
1. Úvod
Slitina Incoloy 800 je slitina na bázi železa; obsahuje velké množství Ni, Cr a malé množství Si, Mn, Cu, Al, Ti. Má vysokou pevnost při vysokých teplotách a má také dobrou odolnost proti oxidaci, odolnost proti nauhličování a odolnost proti propustnosti. Vlastnosti síry. Vysoký obsah Cr a Ni zajišťuje dlouhodobou stabilitu v korozivním prostředí. Trubka pece na surový benzin krakovaná ze slitiny 800 používaná v továrně na zpracování vodíku po dobu 150,000 hodin
(o 17 let) později utrpěl pouze drobnou korozi a stále má dobré mechanické vlastnosti.
Ve Spojených státech a dalších zemích se Alloy 800 stala standardním vysokoteplotním konstrukčním materiálem. Tato slitina je dokonale vhodná pro použití v širokém spektru podmínek a v důsledku toho byl tento materiál v posledních letech široce používán v mnoha vysokoteplotních systémech. Hlavní pozornost ve Spojených státech byla věnována aplikacím v pokročilých systémech přeměny energie, zejména těch, které souvisejí se spalováním a zplyňováním uhlí, s různými výsledky, od úspěchu až po neočekávané selhání v důsledku sucha. Téměř ve všech případech je problém způsoben korozí urychlenou sírou.
Sulfidace se zdá být hlavním problémem omezujícím široké použití této slitiny. Podmínky pro spolehlivé použití této slitiny zatím nejsou jasné. Účelem tohoto článku je přezkoumat údaje o chování slitiny Alloy 800 v atmosférách obsahujících síru a vyhodnotit potenciál slitiny Alloy 800 odolávat sulfidační korozi. Omezení navíc poukazují na environmentální a materiální faktory, které ovlivňují chování, a také na oblasti, kde je potřeba dále pracovat.
2. Antioxidanty
Většina aplikací slitiny Incolog 800 v atmosférách, kde může docházet k síření a korozi, patří do jedné z následujících tří atmosfér: (1) zpracování ropy, (2) zplyňování uhlí a (3) spalování fosilních paliv. Hlavním rozdílem mezi každou atmosférou je aktivita kyslíku, teplota a tlak, ale některé složky atmosféry jsou částečně stejné a ne vždy jsou patrné rozdíly. Níže jsou uvedeny minulé a současné výsledky testů slitiny 800 v různých oblastech, včetně odhadů pásků pro omezené použití, které vyžadují lepší výkon.
2.1 Zpracování ropy
Podmínky použití v ropném průmyslu jsou: nízká teplota a atmosféra obsahuje vodík, uhlovodíky, oxidy uhlíku a páru obsahující malá až stopová množství HS. Tento typ atmosféry obvykle obsahuje<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.)
Rychlost koroze závisí do značné míry na teplotě a je necitlivá na obsah HS a celkový tlak. Když atmosféra obsahuje 0,02 % HS, dojde u slitiny 800 k sulfidační korozi. Nikdo dosud nediskutoval o vlivu koncentrace peroxidu, ale lze odvodit, že aktivita kyslíku musí být poměrně nízká, aby se sulfid stal stabilním stavem v rovnováze s plynnou fází, jak dokazuje rentgenová difrakční analýza povrchový oxid.
Závěr, že rychlost vulkanizace není citlivá na koncentraci HS, se zdá být rozšířen na případ čistého HS. Burns studoval reakci slitiny 8 v čistém HS při 101,3 kPa. Rychlost koroze při 593 stupních je 1,194 mm/rok. V tomto okamžiku je koncentrace HS o 2 řády nižší než koncentrace při odpovídající teplotě v tabulce 1 a síla je pouze v tabulce 1. polovina odpovídající teploty, což je v ostrém kontrastu s extrapolovanými údaji v tabulce 1. Ověřil vliv přehřátí na rychlost koroze. Rychlost koroze při čisté HS při 650 stupních byla 3,48 mm/rok. Vzorek byl silně vulkanizován během 12 hodin při 774 stupních a zcela zničen při 982 stupních.
Podle získaných údajů, když se slitina 800 použije v atmosféře obsahující širokou škálu složek HS od několika ppm do 100 % HS, nedojde k žádné zjevné sulfidové korozi pod 538 stupňů a šrot rychlost koroze (0,408 mm/rok) se zdá být vyšší než 538 stupňů a může se vyskytnout 1 % nebo více H, S atmosféry. Neexistují však žádné údaje o rychlosti koroze v atmosférách obsahujících malá až stopová množství HS nad 538 stupňů. Měl by existovat kritický mezní bod, pod kterým nedochází ke korozi v důsledku termodynamické stability sulfidové fáze. Fázově stabilní rozhraní (kov/sulfid kovu) Fe, Ni, Cr a Mn jako funkce teploty a poměru HS/H je znázorněno na obrázku 1. Pokud je poměr HS/-H2 menší než 10~3, Fe a Ni nebude tvořit stabilní sulfidy nad 760 stupňů. I když se vytvoří sulfidy Fe a Ni, které způsobují rychlou korozi slitiny 800, může si stále udržet dobrý výkon za podmínek vyšších než 760 stupňů a koncentrace HS v H nižší než 1000 ppm.
Na druhou stranu, pokud jsou sulfidy Cr a Mn tvořeny vnitřním nebo vnějším sulfidem, který podporuje rychlou korozi slitiny, je z obrázku 1 vidět, že maximální obsah síry bez reakce je 1 ppm až 1 ppb. Protože neexistují žádné kinetické údaje o reakci v nízkých koncentracích HS, je obtížné posoudit kontrolní faktory a limity reakce. Rao a Nelson studovali reakci nerezové oceli 310 (25Cr, 20Ni, zbývající Fe) v atmosféře o tlaku 1,5×10-4 Nm-² a parciálním tlaku síry 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H je ekvivalentní 2,71×10-³ (2700×10- stupně HS). Zjistili, že vznikly pouze sulfidy Fe a Cr spinelového typu, což je v souladu s údaji na obrázku 1. Sulfid niklu je za těchto podmínek nestabilní, zatímco sulfid spinelového typu Fe a Cr je stabilní.
Podle měření Rao a Nelsona je reakční rychlost velmi rychlá a přírůstek hmotnosti po 100 hodinách je velmi velký, ekvivalentní 115 mg/cm². To znamená, že přípustný výkon HS/H musí být výrazně pod 2700 ppm. Předpokládá se, že slitina Incoloy800 se chová velmi podobně. Současné znalosti nestačí k určení skutečného chování slitiny 800 v atmosférách s vysokou teplotou a nízkou koncentrací síry. Je nutné studovat vztah mezi maximálním obsahem a teplotou při dobré korozní odolnosti. Toto je zjevně důležitý výzkum, který vede ke spolehlivějším aplikacím této slitiny. pole.
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>100ppm modifikovaná slitina s přidaným Al tvoří A12O3 díky selektivní oxidaci a oxidový film se může vytvořit také v atmosféře s extrémně nízkou koncentrací kyslíku, jako je logPH2o/PH2 -9~-10.
Burns studoval chování Al-modifikované 800 slitiny v čisté HS atmosféře. Přidáním {{10}},25 %, 2 % a 4 % Al klesla rychlost koroze z 1,175 na 0,725, 0,175~0,25 a 0,075 ~0,15 mm/rok při 593 stupních. To může být způsobeno selektivní oxidací Al v atmosféře s velmi nízkou aktivitou kyslíku za vzniku ochranného oxidového filmu. Aby se dosáhlo lepšího ochranného účinku, je množství přidaného A1 alespoň 4 %, což je stejné jako množství Al potřebné pro slitiny Fe--Cr-Ni-Al a Fe-Cr-Al k vytvoření Ochranný film A1 v atmosféře zplyňování uhlí s nízkou koncentrací kyslíku. Obsah je konzistentní.
Druhý způsob, kterým je zvýšení aktivity kyslíku v atmosféře a vytvoření ochranného filmu oxidu chrómu na slitině 800, je schůdnější, ale to může být omezeno procesem nebo systémem. K dosažení tohoto účelu je účinnější přidání malého množství páry nebo CO. Clayton zjistil, že 800 slitinových trubek v peci na krakování etylenu bylo použito v naftě a páře s nižší aktivitou síry při teplotě 704 stupňů. K žádné sulfidové korozi nedošlo až o rok později. Naopak stopové množství sodíku se do páry přidalo. Zničí ochranný oxidový film, což povede k sulfidové korozi a koroze bude vážná za pouhé tři měsíce.
