Nikkelbasert legering (Incoloy 800 N08800) legeringsbestandighet mot høy temperatur og korrosjonsbestandighet
1. Introduksjon
Incoloy 800 legering er en jernbasert legering; den inneholder en stor mengde Ni, Cr og en liten mengde Si, Mn, Cu, Al, Ti. Den har høy høytemperaturstyrke, og har også god oksidasjonsmotstand, karburasjonsmotstand og permeabilitetsmotstand. Svovelegenskaper. Høyt innhold av Cr og Ni sikrer langsiktig stabilitet i korrosive miljøer. 800 legeringssprukket råbensinovnsrør brukt i hydrogenbehandlingsanlegg i 150,000 timer
(17 år) senere har den kun fått mindre korrosjon og har fortsatt gode mekaniske egenskaper.
I USA og andre land har Alloy 800 blitt standard konstruksjonsmateriale for høy temperatur. Denne legeringen er perfekt egnet for bruk under et bredt spekter av forhold, og som et resultat har dette materialet blitt mye brukt i mange høytemperatursystemer de siste årene. Hovedfokuset i USA har vært på applikasjoner i avanserte energikonverteringssystemer, spesielt de som er relatert til kullforbrenning og gassifisering, med varierende resultater fra suksess til uventet fiasko på grunn av tørke. I nesten alle tilfeller skyldes problemet svovelakselerert korrosjon.
Sulfidering ser ut til å være det viktigste stikkpunktet som begrenser den utbredte bruken av denne legeringen. Betingelsene for pålitelig bruk av denne legeringen er ennå ikke klare. Hensikten med denne artikkelen er å gjennomgå dataene om oppførselen til Alloy 800 i svovelholdige atmosfærer og vurdere potensialet til Alloy 800 til å motstå sulfideringskorrosjon. Begrensninger peker dessuten på miljømessige og materielle faktorer som påvirker atferd, samt områder hvor det er behov for videre arbeid.
2. Antioksidanter
De fleste anvendelser av Incolog 800-legering i atmosfærer hvor svoveldannelse og korrosjon kan forekomme, tilhører en av følgende tre atmosfærer: (1) petroleumsbehandling, (2) kullgassifisering og (3) forbrenning av fossilt brensel. Hovedforskjellen mellom hver atmosfære er aktiviteten til oksygen, temperatur og trykk, men noen atmosfærekomponenter er delvis like og det er ikke alltid åpenbare forskjeller. Nedenfor er tidligere og nåværende testresultater av 800-legeringer på forskjellige felt, inkludert estimater av strimler med begrenset bruk som krever bedre ytelse.
2.1 Petroleumsbehandling
Bruksforholdene i petroleumsindustrien er: lav temperatur, og atmosfæren inneholder hydrogen, hydrokarboner, karbonoksider og damp som inneholder små til spor av HS. Denne typen atmosfære inneholder vanligvis<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.)
Korrosjonshastigheten avhenger i stor grad av temperatur og er ufølsom for HS-innhold og totaltrykk. Når atmosfæren inneholder 0.02 % HS, vil sulfideringskorrosjon oppstå i 800-legering. Ingen har ennå diskutert effekten av peroksygenkonsentrasjon, men det kan utledes at oksygenaktiviteten må være ganske lav for at sulfidet skal bli en stabil tilstand i likevekt med gassfasen, som vist ved røntgendiffraksjonsanalyse av overflateoksidet.
Konklusjonen om at vulkaniseringshastigheten ikke er følsom for HS-konsentrasjonen ser ut til å utvides til å gjelde for ren HS. Burns har studert reaksjonen til 8-legering i ren HS ved 101,3 kPa. Korrosjonshastigheten ved 593 grader er 1.194 mm/år. På dette tidspunktet er konsentrasjonen av HS 2 størrelsesordener lavere enn konsentrasjonen ved tilsvarende temperatur i tabell 1, og kraften er bare tabell 1. halvparten av den tilsvarende temperaturen, noe som står i skarp kontrast til de ekstrapolerte dataene i tabell 1. Han bekreftet effekten av overoppheting på korrosjonshastigheten. Korrosjonshastigheten under ren HS ved 650 grader var 3,48 mm/år. Prøven ble kraftig vulkanisert innen 12 timer ved 774 grader og fullstendig ødelagt ved 982 grader.
I følge de innhentede dataene, når 800-legering brukes i en atmosfære som inneholder et bredt spekter av HS-komponenter fra noen få ppm til 100 % HS, vil det ikke være noen åpenbar sulfidkorrosjon under 538 grader, og skrapet korrosjonshastighet (0,408 mm/år) ser ut til å være høyere enn 538 grader og inneholder 1 % eller mer av H, S-atmosfære kan forekomme. Det er imidlertid ingen data om korrosjonshastigheten i atmosfærer som inneholder små til spormengder av HS over 538 grader. Det bør være et kritisk grensepunkt under hvilket korrosjon ikke vil oppstå på grunn av den termodynamiske stabiliteten til sulfidfasen. Det fasestabile grensesnittet (metall/metallsulfid) til Fe, Ni, Cr og Mn som funksjon av temperatur og HS/H-forhold er vist i figur 1. Hvis HS/-H2-forholdet er mindre enn 10~3, vil Fe og Ni vil ikke danne stabile sulfider over 760 grader. Selv om det dannes sulfider av Fe og Ni, noe som får 800-legeringen til å korrodere raskt, kan den fortsatt opprettholde god ytelse under forholdene over 760 grader og konsentrasjonen av HS i H mindre enn 1000 ppm.
På den annen side, hvis Cr- og Mn-sulfider dannes av internt eller eksternt sulfid, som fremmer rask korrosjon av legeringen, kan man se fra figur 1 at det maksimale svovelinnholdet uten reaksjon er 1ppm til 1ppb. Siden det ikke finnes kinetiske data om reaksjonen i lave konsentrasjoner av HS, er det vanskelig å bedømme kontrollfaktorene og grensene for reaksjonen. Rao og Nelson studerte reaksjonen til 310 rustfritt stål (25Cr, 20Ni, gjenværende Fe) i en atmosfære med et trykk på 1,5×10-4 Nm-² og et svoveldamppartialtrykk på 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H tilsvarer 2,71×10-³ (2700×10- grader HS). De fant at det kun ble dannet sulfider av spinelltype Fe og Cr, noe som stemmer overens med dataene i figur 1. Nisulfid er ustabilt under disse forholdene, mens sulfid av spinelltype av Fe og Cr er stabilt.
I følge målingen fra Rao og Nelson er reaksjonshastigheten veldig rask, og vektøkningen ved 100 timer er veldig stor, tilsvarende 115mg/cm². Dette indikerer at ytelsen tillatt HS/H må være godt under 2700 ppm. Incoloy800-legeringen antas å oppføre seg veldig likt. Den nåværende forståelsen er ikke nok til å bestemme den faktiske oppførselen til 800-legering i atmosfærer med høy temperatur og lavt svovelkonsentrasjon. Det er nødvendig å studere forholdet mellom maksimalt innhold og temperatur under god korrosjonsbestandighet. Dette er åpenbart en viktig forskning som fører til mer pålitelige anvendelser av denne legeringen. felt.
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>100 ppm modifisert legering med Al tilsatt danner A12O3 på grunn av selektiv oksidasjon, og en oksidfilm kan også dannes i en atmosfære med ekstremt lav oksygenkonsentrasjon som logPH2o/PH2 på -9~-10.
Burns studerte oppførselen til Al-modifisert 800-legering i en ren HS-atmosfære. Ved å legge til {{10}}.25%, 2% og 4% Al, falt korrosjonshastigheten fra 1.175 til 0.725, 0.175~0.25 og 0.075 ~0,15 mm/år henholdsvis ved 593 grader . Dette kan skyldes den selektive oksidasjonen av Al i en atmosfære med svært lav oksygenaktivitet for å danne en beskyttende oksidfilm. For å oppnå en bedre beskyttende effekt er mengden av tilsatt A1 minst 4 %, som er det samme som Al som kreves for at Fe--Cr-Ni-Al og Fe-Cr-Al-legeringer skal danne en A1-beskyttelsesfilm i en kullgassifiseringsatmosfære med lav oksygenkonsentrasjon. Innholdet er konsekvent.
Den andre metoden, som er å øke aktiviteten til oksygen i atmosfæren og danne en beskyttende kromoksidfilm på 800-legeringen, er mer gjennomførbar, men dette kan være begrenset av prosessen eller systemet. For å oppnå dette formålet er det mer effektivt å tilsette en liten mengde damp eller CO. Clayton fant at 800 legeringsrør i en etylenkrakkingsovn ble brukt i nafta og damp med lavere svovelaktivitet ved en temperatur på 704 grader. Ingen sulfidkorrosjon skjedde før ett år senere. Tvert imot ble spormengder av natrium tilsatt til dampen. Det vil ødelegge den beskyttende oksidfilmen, som fører til sulfidkorrosjon, og korrosjonen vil være alvorlig på bare tre måneder.
