Nikkelbaseret legering (Incoloy 800 N08800) legeringsbestandighed over for høj temperatur og korrosionsbestandighed
1. Introduktion
Incoloy 800 legering er en jernbaseret legering; den indeholder en stor mængde Ni, Cr og en lille mængde Si, Mn, Cu, Al, Ti. Det har høj højtemperaturstyrke og har også god oxidationsmodstand, karbureringsmodstand og permeabilitetsbestandighed. Svovl egenskaber. Højt indhold af Cr og Ni sikrer langtidsstabilitet i korrosive miljøer. 800 legeret krakket rå benzinovnsrør brugt i hydrogenbehandlingsanlæg i 150,000 timer
(17 år) senere har den kun lidt mindre korrosion og har stadig gode mekaniske egenskaber.
I USA og andre lande er Alloy 800 blevet standard højtemperatur strukturmateriale. Denne legering er perfekt egnet til brug under en lang række forhold, og som følge heraf er dette materiale blevet brugt flittigt i mange højtemperatursystemer i de senere år. Hovedfokus i USA har været på anvendelser i avancerede energikonverteringssystemer, især dem, der er relateret til kulforbrænding og forgasning, med varierende resultater lige fra succes til uventet fiasko på grund af tørke. I næsten alle tilfælde skyldes problemet svovl-accelereret korrosion.
Sulfidering synes at være det vigtigste problem, der begrænser den udbredte anvendelse af denne legering. Betingelserne for pålidelig brug af denne legering er endnu ikke klare. Formålet med denne artikel er at gennemgå dataene om opførsel af Alloy 800 i svovlholdige atmosfærer og evaluere potentialet for Alloy 800 til at modstå sulfideringskorrosion. Begrænsninger peger desuden på miljømæssige og materielle faktorer, der påvirker adfærden, samt områder, hvor der er behov for yderligere arbejde.
2. Antioxidanter
De fleste anvendelser af Incolog 800-legering i atmosfærer, hvor svovldannelse og korrosion kan forekomme, tilhører en af følgende tre atmosfærer: (1) olieforarbejdning, (2) kulforgasning og (3) forbrænding af fossilt brændstof. Den største forskel mellem hver atmosfære er aktiviteten af ilt, temperatur og tryk, men nogle atmosfærekomponenter er delvist de samme, og der er ikke altid tydelige forskelle. Nedenfor er de tidligere og nuværende testresultater af 800 legeringer inden for forskellige områder, herunder estimater af strimler med begrænset brug, der kræver bedre ydeevne.
2.1 Petroleumsbehandling
Brugsbetingelserne i olieindustrien er: lav temperatur, og atmosfæren indeholder brint, kulbrinter, carbonoxider og damp indeholdende små til spormængder af HS. Denne type atmosfære indeholder normalt<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.)
Korrosionshastigheden afhænger i høj grad af temperaturen og er ufølsom over for HS-indhold og totaltryk. Når atmosfæren indeholder 0.02 % HS, vil der forekomme sulfideringskorrosion i 800-legering. Ingen har endnu diskuteret effekten af peroxygenkoncentration, men det kan udledes, at iltaktiviteten skal være ret lav, for at sulfidet kan blive en stabil tilstand i ligevægt med gasfasen, som det fremgår af røntgendiffraktionsanalyse af overfladeoxidet.
Konklusionen om, at vulkaniseringshastigheden ikke er følsom over for HS-koncentrationen, synes at blive udvidet til at omfatte rent HS. Burns har undersøgt reaktionen af 8 legeringer i ren HS ved 101,3 kPa. Korrosionshastigheden ved 593 grader er 1.194 mm/år. På dette tidspunkt er koncentrationen af HS 2 størrelsesordener lavere end koncentrationen ved den tilsvarende temperatur i tabel 1, og kraften er kun i tabel 1. halvdelen af den tilsvarende temperatur, hvilket står i skarp kontrast til de ekstrapolerede data i tabel 1. Han verificerede virkningen af overophedning på korrosionshastigheden. Korrosionshastigheden under ren HS ved 650 grader var 3,48 mm/år. Prøven blev alvorligt vulkaniseret inden for 12 timer ved 774 grader og fuldstændig ødelagt ved 982 grader.
Ifølge de opnåede data, når 800-legering anvendes i en atmosfære, der indeholder en bred vifte af HS-komponenter fra nogle få ppm til 100 % HS, vil der ikke være nogen tydelig sulfidkorrosion under 538 grader, og skrotet korrosionshastighed (0,408 mm/år) ser ud til at være højere end 538 grader og indeholdende 1 % eller mere af H, S atmosfære kan forekomme. Der er dog ingen data om korrosionshastigheden i atmosfærer, der indeholder små til spormængder af HS over 538 grader. Der bør være et kritisk grænsepunkt, under hvilket korrosion ikke vil forekomme på grund af sulfidfasens termodynamiske stabilitet. Den fasestabile grænseflade (metal/metalsulfid) af Fe, Ni, Cr og Mn som funktion af temperatur og HS/H-forhold er vist i figur 1. Hvis HS/-H2-forholdet er mindre end 10~3, vil Fe og Ni vil ikke danne stabile sulfider over 760 grader. Selvom der dannes sulfider af Fe og Ni, hvilket får 800-legeringen til at korrodere hurtigt, kan den stadig opretholde god ydeevne under betingelser på mere end 760 grader og koncentrationen af HS i H mindre end 1000 ppm.
På den anden side, hvis Cr- og Mn-sulfider dannes af internt eller eksternt sulfid, hvilket fremmer hurtig korrosion af legeringen, kan det ses af figur 1, at det maksimale svovlindhold uden reaktion er 1ppm til 1ppb. Da der ikke er kinetiske data om reaktionen i lave koncentrationer af HS, er det vanskeligt at bedømme kontrolfaktorerne og grænserne for reaktionen. Rao og Nelson studerede reaktionen af 310 rustfrit stål (25Cr, 20Ni, resterende Fe) i en atmosfære med et tryk på 1,5×10-4 Nm-² og et svovldamppartialtryk på 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H svarer til 2,71×10-³ (2700×10- grad HS). De fandt ud af, at der kun blev dannet Fe- og Cr-sulfider af spinel-typen, hvilket er i overensstemmelse med dataene i figur 1. Ni-sulfid er ustabilt under disse forhold, mens sulfid af spinel-typen af Fe og Cr er stabilt.
Ifølge Rao og Nelsons måling er reaktionshastigheden meget hurtig, og vægtforøgelsen ved 100 timer er meget stor, svarende til 115mg/cm². Dette indikerer, at den ydeevne tilladte HS/H skal være et godt stykke under 2700 ppm. Incoloy800 legeringen menes at opføre sig meget ens. Den nuværende forståelse er ikke nok til at bestemme den faktiske opførsel af 800-legering i atmosfærer med høj temperatur og lav svovlkoncentration. Det er nødvendigt at undersøge forholdet mellem det maksimale indhold og temperatur under god korrosionsbestandighed. Dette er naturligvis en vigtig forskning, der fører til mere pålidelige anvendelser af denne legering. Mark.
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 modificeret legering tilsat Al danner A12O3 på grund af selektiv oxidation, og en oxidfilm kan også dannes i en atmosfære med ekstremt lav iltkoncentration såsom logPH2o/PH2 på -9~-10.
Burns undersøgte adfærden af Al-modificeret 800 legering i en ren HS-atmosfære. Tilføjelse af {{10}}.25%, 2% og 4% Al faldt korrosionshastigheden 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 oxidation af Al i en atmosfære med meget lav oxygenaktivitet for at danne en beskyttende oxidfilm. For at opnå en bedre beskyttende effekt er mængden af tilsat A1 mindst 4 %, hvilket er det samme som det Al, der kræves for at Fe--Cr-Ni-Al og Fe-Cr-Al-legeringer kan danne en A1 beskyttende film i en kulforgasningsatmosfære med lav iltkoncentration. Indholdet er konsekvent.
Den anden metode, som er at øge aktiviteten af oxygen i atmosfæren og danne en beskyttende kromoxidfilm på 800-legeringen, er mere gennemførlig, men dette kan være begrænset af processen eller systemet. For at opnå dette formål er det mere effektivt at tilføje en lille mængde damp eller CO. Clayton fandt ud af, at 800 legeringsrør i en ethylenkrakningsovn blev brugt i naphtha og damp med lavere svovlaktivitet ved en temperatur på 704 grader. Der opstod ingen sulfidkorrosion før et år senere. Tværtimod blev spormængder af natrium tilsat til dampen. Det vil ødelægge den beskyttende oxidfilm, hvilket fører til sulfidkorrosion, og korrosionen vil være alvorlig på kun tre måneder.
