Легура на бази никла (Инцолои 800 Н08800) отпорна на високе температуре и отпорност на корозију
1. Представљање
Инцолои 800 легура је легура на бази гвожђа; садржи велику количину Ни, Цр и малу количину Си, Мн, Цу, Ал, Ти. Има високу чврстоћу на високим температурама, а такође има добру отпорност на оксидацију, отпорност на карбуризацију и отпорност на пропусност. Својства сумпора. Висок садржај Цр и Ни обезбеђује дугорочну стабилност у корозивним срединама. 800 легуре напукнута цев пећи за сирови бензин који се користи у постројењу за прераду водоника 150,000 сати
(17 година) касније, само је претрпео мању корозију и још увек има добра механичка својства.
У Сједињеним Државама и другим земљама, легура 800 је постала стандардни високотемпературни структурни материјал. Ова легура је савршено погодна за употребу у широком спектру услова и, као резултат, овај материјал се интензивно користи у многим високотемпературним системима последњих година. Главни фокус у Сједињеним Државама био је на примени у напредним системима за конверзију енергије, посебно онима који се односе на сагоревање угља и гасификацију, са различитим резултатима у распону од успеха до неочекиваног неуспеха услед суше. У скоро свим случајевима, проблем је због корозије убрзане сумпором.
Чини се да је сулфидација главна препрека која ограничава широку употребу ове легуре. Услови за поуздану употребу ове легуре још нису јасни. Сврха овог чланка је преглед података о понашању легуре 800 у атмосферама које садрже сумпор и процена потенцијала легуре 800 да се одупре сулфидационој корозији. Ограничења, осим тога, указују на факторе животне средине и материјалне факторе који утичу на понашање, као и на области у којима је потребно даље радити.
2. Антиоксиданси
Већина примена легуре Инцолог 800 у атмосферама где може доћи до сумпорања и корозије припада једној од следеће три атмосфере: (1) прерада нафте, (2) гасификација угља и (3) сагоревање фосилних горива. Главна разлика између сваке атмосфере је активност кисеоника, температуре и притиска, али неке компоненте атмосфере су делимично исте и не постоје увек очигледне разлике. Испод су претходни и садашњи резултати испитивања легуре 800 у различитим областима, укључујући процене трака са ограниченом употребом које захтевају боље перформансе.
2.1 Прерада нафте
Услови употребе у нафтној индустрији су: ниска температура, а атмосфера садржи водоник, угљоводонике, угљен-оксиде и пару која садржи мале количине ХС-а у траговима. Ова врста атмосфере обично садржи<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.)
Брзина корозије у великој мери зависи од температуре и неосетљива је на садржај ХС и укупни притисак. Када атмосфера садржи 0.02% ХС, појавиће се сулфидациона корозија у легури 800. Још нико није расправљао о утицају концентрације пероксигена, али се може закључити да активност кисеоника мора бити прилично ниска да би сулфид постао стабилно стање у равнотежи са гасном фазом, што је доказано анализом рендгенске дифракције површински оксид.
Закључак да брзина вулканизације није осетљива на концентрацију ХС изгледа да се проширује на случај чистог ХС. Бернс је проучавао реакцију легуре 8 у чистом ХС на 101,3 кПа. Стопа корозије на 593 степена је 1.194 мм/год. У овом тренутку, концентрација ХС је 2 реда величине нижа од концентрације на одговарајућој температури у табели 1, а сила је само табела 1. половина одговарајуће температуре, што је у оштрој супротности са екстраполираним подацима у табели. 1. Проверио је утицај прегревања на брзину корозије. Стопа корозије под чистим ХС на 650 степени била је 3,48 мм/год. Узорак је озбиљно вулканизован у року од 12 сати на 774 степена и потпуно уништен на 982 степена.
Према добијеним подацима, када се легура 800 користи у атмосфери која садржи широк спектар ХС компоненти од неколико ппм до 100% ХС, неће бити очигледне сулфидне корозије испод 538 степени, а отпад Чини се да је стопа корозије (0,408 мм/годишње) виша од 538 степени и може да се јави са 1% или више атмосфере Х, С. Међутим, не постоје подаци о стопи корозије у атмосферама које садрже мале количине ХС-а у траговима изнад 538 степени. Требало би да постоји критична гранична тачка испод које неће доћи до корозије због термодинамичке стабилности сулфидне фазе. Фазно стабилан интерфејс (метал/метал сулфид) Фе, Ни, Цр и Мн као функција температуре и односа ХС/Х приказан је на слици 1. Ако је однос ХС/-Х2 мањи од 10~3, Фе и Ни неће формирати стабилне сулфиде изнад 760 степени. Чак и ако се формирају сулфиди Фе и Ни, што узрокује брзу кородију легуре 800, она и даље може да одржи добре перформансе у условима већим од 760 степени и концентрацијом ХС у Х мањој од 1000ппм.
С друге стране, ако су сулфиди Цр и Мн формирани унутрашњим или спољашњим сулфидом, који промовише брзу корозију легуре, са слике 1 се може видети да је максимални садржај сумпора без реакције 1ппм до 1ппб. Пошто не постоје кинетички подаци о реакцији у ниским концентрацијама ХС, тешко је судити о контролним факторима и границама реакције. Рао и Нелсон су проучавали реакцију нерђајућег челика 310 (25Цр, 20Ни, преостали Фе) у атмосфери са притиском од 1,5×10-4 Нм-² и парцијалним притиском паре сумпора од 1,5×10-' Нм{13} ХС/Х. ХС /Х је еквивалентан 2,71×10-³ (2700×10- степен ХС). Открили су да су формирани само сулфиди Фе и Цр спинел, што је у складу са подацима на слици 1. Ни сулфид је нестабилан у овим условима, док је сулфид типа спинел Фе и Цр стабилан.
Према мерењу Раоа и Нелсона, брзина реакције је веома брза, а повећање телесне тежине на 100 сати је веома велико, што је еквивалентно 115 мг/цм². Ово указује да дозвољени ХС/Х перформанси мора бити знатно испод 2700 ппм. Верује се да се легура Инцолои800 понаша веома слично. Садашње разумевање није довољно да се утврди стварно понашање легуре 800 у атмосферама високе температуре и ниске концентрације сумпора. Неопходно је проучити однос између максималног садржаја и температуре под добром отпорношћу на корозију. Ово је очигледно важно истраживање које води ка поузданијим применама ове легуре. поље.
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>100ппм модификована легура са додатком Ал формира А12О3 због селективне оксидације, а оксидни филм се такође може формирати у атмосфери са изузетно ниском концентрацијом кисеоника као што је логПХ2о/ПХ2 од -9~-10.
Бернс је проучавао понашање Ал-модификоване легуре 800 у чистој ХС атмосфери. Додавањем {{10}}.25%, 2% и 4% Ал, стопа корозије је опала са 1.175 на 0.725, 0.175~0.25 и 0.075 ~0,15 мм/годишње на 593 степена. Ово може бити последица селективне оксидације Ал у атмосфери са веома ниском активношћу кисеоника да би се формирао заштитни оксидни филм. Да би се постигао бољи заштитни ефекат, количина доданог А1 је најмање 4%, што је исто као и Ал потребном да легуре Фе--Цр-Ни-Ал и Фе-Цр-Ал формирају А1 заштитни филм у атмосфери гасификације угља са ниском концентрацијом кисеоника. Садржај је конзистентан.
Други метод, који је повећање активности кисеоника у атмосфери и формирање заштитног филма хром-оксида на легури 800, је изводљивији, али то може бити ограничено процесом или системом. Да би се постигла ова сврха, ефикасније је додавање мале количине паре или ЦО. Клејтон је открио да је 800 цеви од легуре у пећи за крекирање етилена коришћено у бензину и пари са нижом активношћу сумпора на температури од 704 степена. До сулфидне корозије није дошло до годину дана касније. Напротив, пари су додане количине натријума у траговима. Уништиће заштитни оксидни филм, што ће довести до сулфидне корозије, а корозија ће бити озбиљна за само три месеца.
