Aliaj pe bază de nichel (Incoloy 800 N08800) aliaj rezistent la temperaturi ridicate și rezistență la coroziune
1. Introducere
Aliajul Incoloy 800 este un aliaj pe bază de fier; conține o cantitate mare de Ni, Cr și o cantitate mică de Si, Mn, Cu, Al, Ti. Are rezistență ridicată la temperatură ridicată și, de asemenea, are o bună rezistență la oxidare, rezistență la carburare și rezistență la permeabilitate. Proprietățile sulfului. Conținutul ridicat de Cr și Ni asigură stabilitate pe termen lung în medii corozive. Tub de cuptor cu benzină brută cracată din aliaj de 800 folosit în instalația de procesare a hidrogenului timp de 150,000 ore
(17 ani) mai târziu, a suferit doar coroziune minoră și are încă proprietăți mecanice bune.
În Statele Unite și în alte țări, Alloy 800 a devenit materialul structural standard la temperatură înaltă. Acest aliaj este perfect potrivit pentru utilizare într-o gamă largă de condiții și, ca urmare, acest material a fost utilizat pe scară largă în multe sisteme de temperatură înaltă în ultimii ani. Accentul principal în Statele Unite s-a concentrat pe aplicațiile în sistemele avansate de conversie a energiei, în special cele legate de arderea și gazeificarea cărbunelui, cu rezultate variate, de la succes la eșec neașteptat din cauza secetei. În aproape toate cazurile, problema se datorează coroziunii accelerate de sulf.
Sulfidarea pare să fie principalul punct de lipire care limitează utilizarea pe scară largă a acestui aliaj. Condițiile pentru utilizarea fiabilă a acestui aliaj nu sunt încă clare. Scopul acestui articol este de a revizui datele privind comportamentul aliajului 800 în atmosfere care conțin sulf și de a evalua potențialul aliajului 800 de a rezista coroziunii prin sulfurare. În plus, limitările indică factorii de mediu și materiale care influențează comportamentul, precum și domeniile în care sunt necesare lucrări suplimentare.
2. Antioxidanți
Cele mai multe aplicații ale aliajului Incolog 800 în atmosfere în care se poate produce sulfurarea și coroziunea aparțin uneia dintre următoarele trei atmosfere: (1) prelucrarea petrolului, (2) gazeificarea cărbunelui și (3) arderea combustibililor fosili. Principala diferență dintre fiecare atmosferă este activitatea oxigenului, temperatura și presiunea, dar unele componente ale atmosferei sunt parțial aceleași și nu există întotdeauna diferențe evidente. Mai jos sunt rezultatele testelor trecute și prezente ale aliajului 800 în diverse domenii, inclusiv estimări ale benzilor de utilizare restricționată care necesită performanțe mai bune.
2.1 Prelucrarea petrolului
Condițiile de utilizare în industria petrolului sunt: temperatură scăzută, iar atmosfera conține hidrogen, hidrocarburi, oxizi de carbon și abur care conțin cantități mici până la urme de HS. Acest tip de atmosferă conține de obicei<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.)
Rata de coroziune depinde în mare măsură de temperatură și este insensibilă la conținutul de HS și presiunea totală. Când atmosfera conține 0,02% HS, coroziunea prin sulfurare va avea loc în aliajul 800. Nimeni nu a discutat încă efectul concentrației de peroxigen, dar se poate deduce că activitatea oxigenului trebuie să fie destul de scăzută pentru ca sulfura să devină o stare stabilă în echilibru cu faza gazoasă, așa cum se evidențiază prin analiza de difracție cu raze X a oxidul de suprafață.
Concluzia că viteza de vulcanizare nu este sensibilă la concentrația de HS pare să fie extinsă și în cazul HS pur. Burns a studiat reacția aliajului 8 în HS pur la 101,3 kPa. Rata de coroziune la 593 de grade este de 1,194 mm/an. În acest moment, concentrația de HS este cu 2 ordine de mărime mai mică decât concentrația la temperatura corespunzătoare din Tabelul 1, iar forța este doar jumătate din temperatura corespunzătoare, ceea ce este în contrast puternic cu datele extrapolate din Tabel. 1. A verificat efectul supraîncălzirii asupra vitezei de coroziune. Rata de coroziune sub HS pur la 650 de grade a fost de 3,48 mm/an. Eșantionul a fost vulcanizat sever în 12 ore la 774 de grade și complet distrus la 982 de grade.
Conform datelor obținute, atunci când aliajul 800 este utilizat într-o atmosferă care conține o gamă largă de componente HS de la câteva ppm la 100% HS, nu va exista coroziune evidentă a sulfurilor sub 538 de grade, iar resturi rata de coroziune (0,408 mm/an) pare a fi mai mare de 538 de grade și poate apărea 1% sau mai mult din atmosfera H, S. Cu toate acestea, nu există date despre viteza de coroziune în atmosfere care conțin cantități mici până la urme de HS peste 538 de grade. Ar trebui să existe un punct limită critic sub care coroziunea nu va apărea din cauza stabilității termodinamice a fazei sulfurate. Interfața stabilă de fază (metal/sulfură metalică) Fe, Ni, Cr și Mn în funcție de temperatură și raportul HS/H este prezentată în Figura 1. Dacă raportul HS/-H2 este mai mic de 10~3, Fe și Ni nu va forma sulfuri stabile peste 760 de grade. Chiar dacă se formează sulfuri de Fe și Ni, determinând corodarea rapidă a aliajului 800, acesta poate menține o performanță bună în condiții mai mari de 760 de grade și concentrația de HS în H mai mică de 1000 ppm.
Pe de altă parte, dacă sulfurile de Cr și Mn sunt formate din sulfură internă sau externă, care favorizează coroziunea rapidă a aliajului, se poate observa din figura 1 că conținutul maxim de sulf fără reacție este de 1 ppm până la 1 ppb. Deoarece nu există date cinetice despre reacția în concentrații scăzute de HS, este dificil să se judece factorii de control și limitele reacției. Rao și Nelson au studiat reacția oțelului inoxidabil 310 (25Cr, 20Ni, Fe rămas) într-o atmosferă cu o presiune de 1,5×10-4 Nm-² și o presiune parțială a vaporilor de sulf de 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H este echivalent cu 2,71×10-³ (2700×10- grade HS). Ei au descoperit că s-au format numai sulfuri de Fe și Cr de tip spinel, ceea ce este în concordanță cu datele din Figura 1. Sulfura de Ni este instabilă în aceste condiții, în timp ce sulfura de Fe și Cr de tip spinel este stabilă.
Conform măsurătorilor lui Rao și Nelson, viteza de reacție este foarte rapidă, iar creșterea în greutate la 100 de ore este foarte mare, echivalent cu 115 mg/cm². Aceasta indică faptul că performanța HS/H permisă trebuie să fie cu mult sub 2700 ppm. Se crede că aliajul Incoloy800 se comportă foarte similar. Înțelegerea actuală nu este suficientă pentru a determina comportamentul real al aliajului 800 în atmosfere cu temperatură ridicată și concentrație scăzută de sulf. Este necesar să se studieze relația dintre conținutul maxim și temperatură în condiții de rezistență bună la coroziune. Aceasta este, evident, o cercetare importantă care duce la aplicații mai fiabile ale acestui aliaj. camp.
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>Aliajul modificat de 100 ppm cu Al adăugat formează A12O3 datorită oxidării selective și se poate forma o peliculă de oxid într-o atmosferă cu concentrație extrem de scăzută de oxigen, cum ar fi logPH2o/PH2 de -9~-10.
Burns a studiat comportamentul aliajului 800 modificat cu Al într-o atmosferă HS pură. Adăugând {{10}},25%, 2% și 4% Al, rata de coroziune a scăzut de la 1,175 la 0,725, 0,175~0,25 și 0,075 ~0,15 mm/an respectiv la 593 grade . Acest lucru se poate datora oxidării selective a Al într-o atmosferă cu activitate de oxigen foarte scăzută pentru a forma o peliculă protectoare de oxid. Pentru a obține un efect de protecție mai bun, cantitatea de A1 adăugată este de cel puțin 4%, care este aceeași cu Al necesară pentru ca aliajele Fe--Cr-Ni-Al și Fe-Cr-Al să formeze un Film de protecție A1 într-o atmosferă de gazeificare a cărbunelui cu concentrație scăzută de oxigen. Conținutul este consistent.
A doua metodă, care este de a crește activitatea oxigenului în atmosferă și de a forma o peliculă protectoare de oxid de crom pe aliajul 800, este mai fezabilă, dar acest lucru poate fi limitat de proces sau sistem. Pentru a atinge acest scop, adăugarea unei cantități mici de abur sau CO este mai eficientă. Clayton a descoperit că 800 de tuburi de aliaj într-un cuptor de cracare a etilenei au fost folosite în nafta și abur cu activitate de sulf mai scăzută la o temperatură de 704 de grade. Nicio coroziune cu sulfuri nu a avut loc până la un an mai târziu. Dimpotrivă, la abur au fost adăugate urme de sodiu. Va distruge filmul protector de oxid, ducând la coroziune cu sulfuri, iar coroziunea va fi gravă în doar trei luni.
