Niķeļa sakausējums (Incoloy 800 N08800) sakausējuma izturība pret augstu temperatūru un izturība pret koroziju
1. Ievads
Incoloy 800 sakausējums ir sakausējums uz dzelzs bāzes; tas satur lielu daudzumu Ni, Cr un nelielu daudzumu Si, Mn, Cu, Al, Ti. Tam ir augsta izturība pret augstu temperatūru, kā arī laba oksidācijas izturība, izturība pret karburāciju un caurlaidības izturība. Sēra īpašības. Augsts Cr un Ni saturs nodrošina ilgstošu stabilitāti korozīvā vidē. 800 sakausējuma krekinga jēlbenzīna krāsns caurule, kas izmantota ūdeņraža pārstrādes rūpnīcā 150, 000 stundas
(17 gadus) vēlāk tas ir cietis tikai ar nelielu koroziju un joprojām ir labas mehāniskās īpašības.
Amerikas Savienotajās Valstīs un citās valstīs Alloy 800 ir kļuvis par standarta augstas temperatūras konstrukcijas materiālu. Šis sakausējums ir lieliski piemērots lietošanai dažādos apstākļos, un tāpēc pēdējos gados šis materiāls ir plaši izmantots daudzās augstas temperatūras sistēmās. Amerikas Savienotajās Valstīs galvenā uzmanība tika pievērsta lietojumiem progresīvās enerģijas pārveidošanas sistēmās, jo īpaši tām, kas saistītas ar ogļu sadedzināšanu un gazifikāciju, ar dažādiem rezultātiem, sākot no panākumiem līdz negaidītai neveiksmei sausuma dēļ. Gandrīz visos gadījumos problēma ir saistīta ar sēra paātrinātu koroziju.
Šķiet, ka sulfidēšana ir galvenais satricinājuma punkts, kas ierobežo šī sakausējuma plašo izmantošanu. Šī sakausējuma uzticamas izmantošanas nosacījumi vēl nav skaidri. Šī raksta mērķis ir pārskatīt datus par Alloy 800 uzvedību sēru saturošā atmosfērā un novērtēt Alloy 800 potenciālu pretoties sulfidācijas korozijai. Turklāt ierobežojumi norāda uz vides un materiālajiem faktoriem, kas ietekmē uzvedību, kā arī uz jomām, kurās nepieciešams turpmāks darbs.
2. Antioksidanti
Lielākā daļa Incolog 800 sakausējuma lietojumu atmosfērās, kur var rasties sēra veidošanās un korozija, attiecas uz vienu no šīm trim atmosfērām: (1) naftas pārstrāde, (2) ogļu gazifikācija un (3) fosilā kurināmā sadedzināšana. Galvenā atšķirība starp katru atmosfēru ir skābekļa aktivitāte, temperatūra un spiediens, taču daži atmosfēras komponenti ir daļēji vienādi un ne vienmēr ir acīmredzamas atšķirības. Tālāk ir sniegti 800 sakausējuma iepriekšējo un pašreizējo testu rezultāti dažādās jomās, tostarp aprēķini par ierobežotas lietošanas sloksnēm, kurām nepieciešama labāka veiktspēja.
2.1. Naftas pārstrāde
Lietošanas apstākļi naftas rūpniecībā ir: zema temperatūra, un atmosfērā ir ūdeņradis, ogļūdeņraži, oglekļa oksīdi un tvaiks, kas satur nelielu vai nelielu daudzumu HS. Šāda veida atmosfēra parasti satur<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.)
Korozijas ātrums lielā mērā ir atkarīgs no temperatūras un ir nejutīgs pret HS saturu un kopējo spiedienu. Ja atmosfērā ir 0,02% HS, 800 sakausējumā notiks sulfidācijas korozija. Neviens vēl nav apspriedis peroksīda koncentrācijas ietekmi, taču var secināt, ka skābekļa aktivitātei jābūt diezgan zemai, lai sulfīds kļūtu stabilā stāvoklī līdzsvarā ar gāzes fāzi, par ko liecina rentgenstaru difrakcijas analīze. virsmas oksīds.
Šķiet, ka secinājums, ka vulkanizācijas ātrums nav jutīgs pret HS koncentrāciju, ir attiecināms uz tīru HS. Burns ir pētījis 8 sakausējuma reakciju tīrā HS pie 101,3 kPa. Korozijas ātrums pie 593 grādiem ir 1,194 mm/gadā. Šobrīd HS koncentrācija ir par 2 kārtām mazāka nekā koncentrācija attiecīgajā temperatūrā 1. tabulā, un spēks ir tikai 1. tabulā. puse no atbilstošās temperatūras, kas ir krasā pretstatā ekstrapolētajiem datiem tabulā. 1. Viņš pārbaudīja pārkaršanas ietekmi uz korozijas ātrumu. Korozijas ātrums zem tīras HS pie 650 grādiem bija 3,48 mm/gadā. Paraugs tika stipri vulkanizēts 12 stundu laikā 774 grādu temperatūrā un pilnībā iznīcināts 982 grādos.
Saskaņā ar iegūtajiem datiem, izmantojot 800 sakausējumu atmosfērā, kurā ir plašs HS komponentu klāsts no dažām ppm līdz 100% HS, nenotiks acīmredzama sulfīda korozija zem 538 grādiem, un lūžņi Šķiet, ka korozijas ātrums (0,408 mm/gadā) ir lielāks par 538 grādiem un var saturēt 1% vai vairāk H, S atmosfēras. Tomēr nav datu par korozijas ātrumu atmosfērā, kas satur nelielu vai nelielu daudzumu HS virs 538 grādiem. Jābūt kritiskajam robežpunktam, zem kura sulfīda fāzes termodinamiskās stabilitātes dēļ korozija nenotiks. Fe, Ni, Cr un Mn fāzes stabilā saskarne (metāls/metāls sulfīds) atkarībā no temperatūras un HS/H attiecības ir parādīta 1. attēlā. Ja HS/-H2 attiecība ir mazāka par 10~3, Fe un Ni neveido stabilus sulfīdus virs 760 grādiem. Pat ja veidojas Fe un Ni sulfīdi, izraisot 800 sakausējuma ātru koroziju, tas joprojām var uzturēt labu veiktspēju apstākļos, kas ir lielāki par 760 grādiem un HS koncentrācija H ir mazāka par 1000 ppm.
Savukārt, ja Cr un Mn sulfīdus veido iekšējais vai ārējais sulfīds, kas veicina sakausējuma ātru koroziju, no 1. attēla var redzēt, ka maksimālais sēra saturs bez reakcijas ir 1ppm līdz 1ppb. Tā kā nav kinētisko datu par reakciju zemās HS koncentrācijās, ir grūti spriest par reakcijas kontroles faktoriem un robežām. Rao un Nelsons pētīja 310 nerūsējošā tērauda (25Cr, 20Ni, atlikušais Fe) reakciju atmosfērā ar spiedienu 1,5×10-4 Nm-² un sēra tvaiku parciālo spiedienu 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS/H atbilst 2,71 × 10-³ (2700 × 10- grādi HS). Viņi atklāja, ka veidojas tikai spineļa tipa Fe un Cr sulfīdi, kas atbilst 1. attēlā redzamajiem datiem. Ni sulfīds šajos apstākļos ir nestabils, savukārt Fe un Cr spineļa tipa sulfīds ir stabils.
Saskaņā ar Rao un Nelsona mērījumu reakcijas ātrums ir ļoti ātrs, un svara pieaugums pēc 100 stundām ir ļoti liels, līdzvērtīgs 115 mg/cm². Tas norāda, ka veiktspējas pieļaujamajam HS/H jābūt krietni zem 2700 ppm. Tiek uzskatīts, ka Incoloy800 sakausējums darbojas ļoti līdzīgi. Pašreizējā izpratne nav pietiekama, lai noteiktu 800 sakausējuma faktisko uzvedību augstas temperatūras un zemas sēra koncentrācijas atmosfērā. Ir nepieciešams izpētīt attiecības starp maksimālo saturu un temperatūru pie labas izturības pret koroziju. Acīmredzot šis ir svarīgs pētījums, kas nodrošina uzticamāku šī sakausējuma pielietojumu. lauks.
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 modificēts sakausējums ar Al pievienotu veido A12O3 selektīvās oksidācijas dēļ, un oksīda plēve var veidoties arī atmosfērā ar ārkārtīgi zemu skābekļa koncentrāciju, piemēram, logPH2o/PH2 -9~-10.
Bērnss pētīja Al-modificēta 800 sakausējuma uzvedību tīrā HS atmosfērā. Pievienojot {{10},25%, 2% un 4% Al, korozijas ātrums samazinājās no 1,175 līdz 0,725, 0,175~0,25 un 0,075 ~0,15 mm/gadā attiecīgi pie 593 grādiem. Tas var būt saistīts ar Al selektīvu oksidēšanu atmosfērā ar ļoti zemu skābekļa aktivitāti, veidojot aizsargājošu oksīda plēvi. Lai panāktu labāku aizsardzības efektu, pievienotais A1 daudzums ir vismaz 4%, kas ir tāds pats kā Al, kas nepieciešams, lai Fe--Cr-Ni-Al un Fe-Cr-Al sakausējumi veidotu A1 aizsargplēve zemas skābekļa koncentrācijas akmeņogļu gazifikācijas atmosfērā. Saturs ir konsekvents.
Otrā metode, kas ir palielināt skābekļa aktivitāti atmosfērā un veidot aizsargājošu hroma oksīda plēvi uz 800 sakausējuma, ir vairāk iespējama, taču to var ierobežot process vai sistēma. Lai sasniegtu šo mērķi, ir efektīvāk pievienot nelielu daudzumu tvaika vai CO. Kleitons atklāja, ka 800 sakausējuma caurules etilēna krekinga krāsnī tika izmantotas ligroīnā un tvaikos ar zemāku sēra aktivitāti 704 grādu temperatūrā. Sērfīdu korozija nenotika tikai gadu vēlāk. Gluži pretēji, tvaikam tika pievienots neliels daudzums nātrija. Tas iznīcinās aizsargājošo oksīda plēvi, izraisot sulfīdu koroziju, un korozija būs nopietna tikai trīs mēnešu laikā.
