Nikel bazlı alaşım (Incoloy 800 N08800) alaşımının yüksek sıcaklığa ve korozyona karşı direnci
1. Giriş
Incoloy 800 alaşımı demir bazlı bir alaşımdır; büyük miktarda Ni, Cr ve az miktarda Si, Mn, Cu, Al, Ti içerir. Yüksek sıcaklık dayanımına sahiptir ve ayrıca iyi oksidasyon direncine, karbürizasyon direncine ve geçirgenlik direncine sahiptir. Kükürt özellikleri. Yüksek Cr ve Ni içeriği, aşındırıcı ortamlarda uzun süreli stabilite sağlar. 800 alaşımlı kırık ham benzin fırın tüpü, hidrojen işleme tesisinde 150,000 saat boyunca kullanıldı
(17 yıl) sonra sadece küçük bir korozyona uğradı ve hala iyi mekanik özelliklere sahip.
Amerika Birleşik Devletleri ve diğer ülkelerde, Alloy 800 standart yüksek sıcaklığa dayanıklı yapı malzemesi haline geldi. Bu alaşım çok çeşitli koşullar altında kullanıma son derece uygundur ve sonuç olarak bu malzeme son yıllarda birçok yüksek sıcaklık sisteminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ana odak noktası, başarıdan kuraklığa bağlı beklenmedik başarısızlığa kadar değişen sonuçlarla, özellikle kömür yakma ve gazlaştırmayla ilgili olanlar olmak üzere ileri enerji dönüşüm sistemlerindeki uygulamalar olmuştur. Neredeyse tüm durumlarda sorun kükürtle hızlandırılmış korozyondan kaynaklanmaktadır.
Sülfürasyon, bu alaşımın yaygın kullanımını sınırlayan ana sorun gibi görünüyor. Bu alaşımın güvenilir kullanımının koşulları henüz belli değil. Bu makalenin amacı, Alloy 800'ün kükürt içeren atmosferlerdeki davranışına ilişkin verileri gözden geçirmek ve Alloy 800'ün sülfidasyon korozyonuna direnme potansiyelini değerlendirmektir. Üstelik sınırlamalar, davranışı etkileyen çevresel ve maddi faktörlerin yanı sıra daha fazla çalışmanın gerekli olduğu alanlara işaret ediyor.
2. Antioksidanlar
Incolog 800 alaşımının kükürtleşme ve korozyonun meydana gelebileceği atmosferlerdeki çoğu uygulaması aşağıdaki üç atmosferden birine aittir: (1) petrol işleme, (2) kömürün gazlaştırılması ve (3) fosil yakıtın yakılması. Her atmosfer arasındaki temel fark, oksijenin, sıcaklığın ve basıncın aktivitesidir, ancak bazı atmosfer bileşenleri kısmen aynıdır ve her zaman belirgin farklılıklar yoktur. Aşağıda, daha iyi performans gerektiren sınırlı kullanımlı şeritlerin tahminleri de dahil olmak üzere, 800 alaşımının çeşitli alanlardaki geçmiş ve mevcut test sonuçları yer almaktadır.
2.1 Petrol işleme
Petrol endüstrisindeki kullanım koşulları şunlardır: düşük sıcaklık ve atmosferde hidrojen, hidrokarbonlar, karbon oksitler ve az veya eser miktarda H2S içeren buhar bulunur. Bu tür bir atmosfer genellikle şunları içerir:<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.)
Korozyon hızı büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır ve H2S içeriğine ve toplam basınca duyarlı değildir. Atmosfer 0.02% HS içerdiğinde, 800 alaşımında sülfidasyon korozyonu meydana gelecektir. Henüz hiç kimse peroksijen konsantrasyonunun etkisini tartışmamıştır, ancak X-ışını kırınım analizi ile kanıtlandığı gibi, sülfürün gaz fazı ile dengede kararlı bir duruma gelmesi için oksijen aktivitesinin oldukça düşük olması gerektiği sonucuna varılabilir. yüzey oksit.
Vulkanizasyon hızının H2S konsantrasyonuna duyarlı olmadığı sonucu, saf H2S durumunu da kapsayacak şekilde genişletilmiş gibi görünmektedir. Burns, 8 alaşımının saf H2S içindeki reaksiyonunu 101.3kPa'da inceledi. 593 derecede korozyon oranı 1.194 mm/yıldır. Şu anda, H2S konsantrasyonu Tablo 1'deki karşılık gelen sıcaklıktaki konsantrasyondan 2 büyüklük sırası daha düşüktür ve kuvvet yalnızca Tablo 1'deki karşılık gelen sıcaklığın yarısı kadardır; bu da Tablodaki ekstrapolasyonlu verilerle keskin bir tezat oluşturur. 1. Aşırı ısınmanın korozyon hızı üzerindeki etkisini doğruladı. Saf H2S altında 650 derecede korozyon oranı 3,48 mm/yıl olmuştur. Numune 774 derecede 12 saat içerisinde ciddi şekilde vulkanize edildi ve 982 derecede tamamen yok edildi.
Elde edilen verilere göre 800 alaşımı, birkaç ppm'den %100 HS'ye kadar geniş bir yelpazede HS bileşenleri içeren bir atmosferde kullanıldığında, 538 derecenin altında belirgin bir sülfit korozyonu olmayacak ve hurda korozyon hızı (0,408 mm/yıl) 538 dereceden yüksek görünmekte ve %1 veya daha fazla H, S içeren atmosfer oluşabilmektedir. Ancak 538 derecenin üzerinde az veya eser miktarda H2S içeren atmosferlerdeki korozyon hızına ilişkin veri bulunmamaktadır. Sülfit fazının termodinamik stabilitesi nedeniyle altında korozyonun oluşmayacağı kritik bir sınırlama noktası bulunmalıdır. Sıcaklığın ve HS/H oranının bir fonksiyonu olarak Fe, Ni, Cr ve Mn'nin faz kararlı arayüzü (metal/metal sülfür) Şekil 1'de gösterilmektedir. HS/-H2 oranı 10~3'ten azsa Fe ve Ni, 760 derecenin üzerinde kararlı sülfitler oluşturmaz. 800 alaşımının hızla paslanmasına neden olan Fe ve Ni sülfürleri oluşsa bile, 760 dereceden yüksek koşullar altında ve H'deki H2S konsantrasyonu 1000 ppm'den az olduğunda hala iyi performansı koruyabilir.
Öte yandan, eğer Cr ve Mn sülfürler, alaşımın hızlı korozyonunu teşvik eden iç veya dış sülfit tarafından oluşturulmuşsa, reaksiyon olmadan maksimum kükürt içeriğinin 1 ppm ila 1 ppb olduğu Şekil 1'den görülebilir. Düşük H2S konsantrasyonlarında reaksiyona ilişkin kinetik veri olmadığından reaksiyonun kontrol faktörlerini ve sınırlarını yargılamak zordur. Rao ve Nelson, 1,5×10-4 Nm-² basınç ve 1,5×10-' kükürt buharı kısmi basıncına sahip bir atmosferde 310 paslanmaz çeliğin (25Cr, 20Ni, kalan Fe) reaksiyonunu incelediler. Nm-2 HS/H. HS /H, 2,71×10-³ (2700×10- derece HS)'ye eşdeğerdir. Şekil 1'deki verilerle tutarlı olarak yalnızca spinel tipi Fe ve Cr sülfitlerin oluştuğunu buldular. Ni sülfür bu koşullar altında kararsızken, Fe ve Cr'nin spinel tipi sülfürü stabildir.
Rao ve Nelson'ın yaptığı ölçüme göre reaksiyon hızı çok hızlı ve 100 saatteki ağırlık artışı 115 mg/cm²'ye eşdeğer çok büyük. Bu, performansın izin verdiği HS/H'nin 2700 ppm'nin çok altında olması gerektiğini gösterir. Incoloy800 alaşımının da benzer şekilde davrandığına inanılıyor. Mevcut anlayış, 800 alaşımının yüksek sıcaklık ve düşük kükürt konsantrasyonlu atmosferlerdeki gerçek davranışını belirlemek için yeterli değildir. İyi korozyon direnci altında maksimum içerik ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi incelemek gerekir. Bu açıkça bu alaşımın daha güvenilir uygulamalarına yol açan önemli bir araştırmadır. alan.
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>Al eklenmiş 100 ppm modifiye alaşım, seçici oksidasyon nedeniyle A12O3'ü oluşturur ve bir oksit filmi, -9~-10'nin logPH2o/PH2'si gibi son derece düşük oksijen konsantrasyonuna sahip bir atmosferde de oluşturulabilir.
Burns, Al ile değiştirilmiş 800 alaşımının saf HS atmosferindeki davranışını inceledi. {{10}},%25, %2 ve %4 Al eklendiğinde korozyon oranı 1,175'ten 0,725'e, 0,175~0,25'e ve 0,075'e düştü 593 derecede ~0,15 mm/yıl. Bunun nedeni Al'in çok düşük oksijen aktivitesine sahip bir atmosferde koruyucu bir oksit filmi oluşturmak için seçici oksidasyonu olabilir. Daha iyi bir koruyucu etki elde etmek için eklenen A1 miktarı en az %4 olmalıdır; bu, Fe--Cr-Ni-Al ve Fe-Cr-Al alaşımlarının bir koruyucu tabaka oluşturması için gereken Al ile aynıdır. Düşük oksijen konsantrasyonlu kömür gazlaştırma atmosferinde A1 koruyucu film. İçerik tutarlıdır.
Atmosferdeki oksijenin aktivitesini arttırmak ve 800 alaşımı üzerinde koruyucu bir krom oksit filmi oluşturmak olan ikinci yöntem daha uygundur ancak bu, proses veya sistem tarafından kısıtlanabilir. Bu amaca ulaşmak için az miktarda buhar veya CO eklemek daha etkilidir. Clayton, bir etilen parçalama fırınındaki 800 alaşım tüpün, 704 derecelik sıcaklıkta, daha düşük kükürt aktivitesine sahip nafta ve buharda kullanıldığını buldu. Bir yıl sonrasına kadar hiçbir sülfür korozyonu meydana gelmedi. Aksine buhara eser miktarda sodyum eklendi. Koruyucu oksit filmini yok ederek sülfür korozyonuna neden olur ve korozyon yalnızca üç ay içinde ciddi boyutlara ulaşır.
