Сплав на базата на никел (Incoloy 800 N08800) устойчивост на висока температура и устойчивост на корозия
1. Въведение
Сплавта Incoloy 800 е сплав на основата на желязо; съдържа голямо количество Ni, Cr и малко количество Si, Mn, Cu, Al, Ti. Има висока якост при висока температура и също така има добра устойчивост на окисляване, устойчивост на карбуризация и устойчивост на пропускливост. Свойства на сярата. Високото съдържание на Cr и Ni осигурява дълготрайна стабилност в корозивни среди. 800 спукана тръба за пещ за суров бензин, използвана в завод за преработка на водород за 150, 000 часа
(17 години) по-късно, той е претърпял само малка корозия и все още има добри механични свойства.
В Съединените щати и други страни Alloy 800 се превърна в стандартен високотемпературен структурен материал. Тази сплав е напълно подходяща за използване при широк диапазон от условия и в резултат на това този материал се използва широко в много високотемпературни системи през последните години. Основният фокус в Съединените щати е върху приложенията в модерни системи за преобразуване на енергия, особено тези, свързани с изгаряне на въглища и газификация, с различни резултати, вариращи от успех до неочакван провал поради суша. В почти всички случаи проблемът се дължи на корозия, ускорена от сяра.
Сулфидирането изглежда е основната пречка, ограничаваща широкото използване на тази сплав. Все още не са ясни условията за надеждно използване на тази сплав. Целта на тази статия е да прегледа данните за поведението на Alloy 800 в атмосфери, съдържащи сяра, и да оцени потенциала на Alloy 800 да устои на сулфидната корозия. Освен това ограниченията сочат фактори от околната среда и материали, които влияят на поведението, както и области, в които е необходима допълнителна работа.
2. Антиоксиданти
Повечето приложения на сплав Incolog 800 в атмосфери, където може да възникне сулфуризация и корозия, принадлежат към една от следните три атмосфери: (1) преработка на петрол, (2) газификация на въглища и (3) изгаряне на изкопаеми горива. Основната разлика между всяка атмосфера е активността на кислорода, температурата и налягането, но някои компоненти на атмосферата са частично еднакви и не винаги има очевидни разлики. По-долу са резултатите от минали и настоящи тестове на сплав 800 в различни области, включително прогнози за ленти за ограничена употреба, които изискват по-добра производителност.
2.1 Преработка на петрол
Условията за използване в петролната промишленост са: ниска температура и атмосферата съдържа водород, въглеводороди, въглеродни оксиди и пара, съдържаща малки до следи от HS. Този тип атмосфера обикновено съдържа<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.)
Скоростта на корозия зависи до голяма степен от температурата и е нечувствителна към съдържанието на HS и общото налягане. Когато атмосферата съдържа 0.02% HS, сулфидната корозия ще възникне в сплав 800. Никой все още не е обсъждал ефекта от концентрацията на пероксиген, но може да се заключи, че активността на кислорода трябва да е доста ниска, за да може сулфидът да стане стабилно състояние в равновесие с газовата фаза, както се вижда от рентгеновия дифракционен анализ на повърхностния оксид.
Заключението, че скоростта на вулканизация не е чувствителна към концентрацията на HS, изглежда е разширено до случая на чист HS. Бърнс е изследвал реакцията на сплав 8 в чист HS при 101,3 kPa. Скоростта на корозия при 593 градуса е 1,194 mm/година. По това време концентрацията на HS е с 2 порядъка по-ниска от концентрацията при съответната температура в таблица 1, а силата е само половината от съответната температура, което е в рязък контраст с екстраполираните данни в таблица 1. Той провери ефекта от прегряването върху скоростта на корозия. Скоростта на корозия при чист HS при 650 градуса е 3,48 mm/година. Пробата беше силно вулканизирана в рамките на 12 часа при 774 градуса и напълно разрушена при 982 градуса.
Според получените данни, когато сплав 800 се използва в атмосфера, съдържаща широк диапазон от HS компоненти от няколко ppm до 100% HS, няма да има очевидна сулфидна корозия под 538 градуса и скрапът скоростта на корозия (0,408 mm/година) изглежда е по-висока от 538 градуса и може да се появи атмосфера, съдържаща 1% или повече H, S. Въпреки това, няма данни за скоростта на корозия в атмосфери, съдържащи малки до следи от количества HS над 538 градуса. Трябва да има критична гранична точка, под която няма да настъпи корозия поради термодинамичната стабилност на сулфидната фаза. Фазово стабилният интерфейс (метал/метален сулфид) на Fe, Ni, Cr и Mn като функция от температурата и съотношението HS/H е показано на фигура 1. Ако съотношението HS/-H2 е по-малко от 10~3, Fe и Ni няма да образува стабилни сулфиди над 760 градуса. Дори ако се образуват сулфиди на Fe и Ni, причиняващи бърза корозия на сплавта 800, тя все още може да поддържа добра производителност при условия над 760 градуса и концентрация на HS в H по-малка от 1000ppm.
От друга страна, ако Cr и Mn сулфидите се образуват от вътрешен или външен сулфид, което насърчава бързата корозия на сплавта, може да се види от Фигура 1, че максималното съдържание на сяра без реакция е 1ppm до 1ppb. Тъй като няма кинетични данни за реакцията при ниски концентрации на HS, е трудно да се преценят контролните фактори и границите на реакцията. Рао и Нелсън изследваха реакцията на неръждаема стомана 310 (25Cr, 20Ni, останало Fe) в атмосфера с налягане от 1,5×10-4 Nm-² и парциално налягане на серните пари от 1,5×10-' Nm-2 HS/H. HS /H е еквивалентен на 2,71×10-³ (2700×10- градуса HS). Те откриха, че се образуват само Fe и Cr сулфиди от тип шпинел, което е в съответствие с данните на Фигура 1. Ni сулфидът е нестабилен при тези условия, докато сулфидът от шпинел на Fe и Cr е стабилен.
Според измерването на Rao и Nelson, скоростта на реакцията е много бърза и наддаването на тегло на 100 часа е много голямо, еквивалентно на 115 mg/cm². Това показва, че допустимият за ефективност HS/H трябва да бъде доста под 2700 ppm. Смята се, че сплавта Incoloy800 се държи много подобно. Сегашното разбиране не е достатъчно, за да се определи действителното поведение на сплав 800 в атмосфера с висока температура и ниска концентрация на сяра. Необходимо е да се изследва връзката между максималното съдържание и температурата при добра устойчивост на корозия. Това очевидно е важно изследване, което води до по-надеждни приложения на тази сплав. поле.
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 модифицирана сплав с добавен Al образува A12O3 поради селективно окисляване и може да се образува оксиден филм в атмосфера с изключително ниска концентрация на кислород, като logPH2o/PH2 от -9~-10.
Бърнс изследва поведението на Al-модифицирана 800 сплав в чиста HS атмосфера. Добавяйки {{10}}.25%, 2% и 4% Al, скоростта на корозия спадна от 1,175 до 0.725, 0.175~0,25 и 0,075 ~0,15 мм/година съответно при 593 градуса. Това може да се дължи на селективното окисляване на Al в атмосфера с много ниска кислородна активност, за да се образува защитен оксиден филм. За да се постигне по-добър защитен ефект, добавеното количество А1 е най-малко 4%, което е същото като Al, необходим за Fe--Cr-Ni-Al и Fe-Cr-Al сплави за образуване на Защитно фолио A1 в атмосфера на газификация на въглища с ниска концентрация на кислород. Съдържанието е последователно.
Вторият метод, който е да се увеличи активността на кислорода в атмосферата и да се образува защитен филм от хромен оксид върху сплавта 800, е по-осъществим, но това може да бъде ограничено от процеса или системата. За да се постигне тази цел, добавянето на малко количество пара или CO е по-ефективно. Клейтън установи, че 800 тръби от сплав в пещ за крекинг на етилен са използвани в нафта и пара с по-ниска активност на сяра при температура от 704 градуса. Не е настъпила сулфидна корозия до една година по-късно. Напротив, следи от натрий бяха добавени към парата. Той ще унищожи защитния оксиден филм, което ще доведе до сулфидна корозия, а корозията ще бъде сериозна само за три месеца.
