Aliatge a base de níquel (Incoloy 800 N08800) aliatge de resistència a altes temperatures i resistència a la corrosió
1. Introducció
L'aliatge Incoloy 800 és un aliatge a base de ferro; conté una gran quantitat de Ni, Cr i una petita quantitat de Si, Mn, Cu, Al, Ti. Té una alta resistència a alta temperatura i també té una bona resistència a l'oxidació, resistència a la carburació i resistència a la permeabilitat. Propietats del sofre. Els alts continguts de Cr i Ni garanteixen estabilitat a llarg termini en ambients corrosius. Tub de forn de gasolina cru craquejat de 800 aliatges utilitzat a la planta de processament d'hidrogen durant 150, 000 hores
(17 anys) després, només ha patit una petita corrosió i encara té bones propietats mecàniques.
Als Estats Units i altres països, Alloy 800 s'ha convertit en el material estructural estàndard d'alta temperatura. Aquest aliatge és perfectament adequat per al seu ús en una àmplia gamma de condicions i, com a resultat, aquest material s'ha utilitzat àmpliament en molts sistemes d'alta temperatura en els últims anys. Als Estats Units s'ha centrat principalment en les aplicacions en sistemes avançats de conversió d'energia, especialment aquelles relacionades amb la combustió i la gasificació del carbó, amb resultats variables que van des de l'èxit fins a un fracàs inesperat a causa de la sequera. En gairebé tots els casos, el problema es deu a la corrosió accelerada pel sofre.
La sulfuració sembla ser el principal punt d'engany que limita l'ús generalitzat d'aquest aliatge. Les condicions per a un ús fiable d'aquest aliatge encara no estan clares. L'objectiu d'aquest article és revisar les dades sobre el comportament de l'Aliatge 800 en atmosferes que contenen sofre i avaluar el potencial de l'Aliatge 800 per resistir la corrosió per sulfuració. Les limitacions, a més, apunten a factors ambientals i materials que influeixen en el comportament, així com àrees on cal treballar més.
2. Antioxidants
La majoria de les aplicacions de l'aliatge Incolog 800 en atmosferes on es pot produir sulfurització i corrosió pertanyen a una de les tres atmosferes següents: (1) processament del petroli, (2) gasificació del carbó i (3) combustió de combustibles fòssils. La principal diferència entre cada atmosfera és l'activitat de l'oxigen, la temperatura i la pressió, però alguns components de l'atmosfera són en part els mateixos i no sempre hi ha diferències evidents. A continuació es mostren els resultats de les proves passats i actuals de 800 aliatges en diversos camps, incloses les estimacions de tires d'ús restringit que requereixen un millor rendiment.
2.1 Processament del petroli
Les condicions d'ús a la indústria del petroli són: baixa temperatura i l'atmosfera conté hidrogen, hidrocarburs, òxids de carboni i vapor que conté quantitats petites o traces de HS. Aquest tipus d'atmosfera sol contenir<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.)
La taxa de corrosió depèn en gran mesura de la temperatura i és insensible al contingut de HS i a la pressió total. Quan l'atmosfera conté 0,02% HS, es produirà corrosió per sulfuració en l'aliatge 800. Ningú ha discutit encara l'efecte de la concentració de peroxigen, però es pot inferir que l'activitat de l'oxigen ha de ser bastant baixa perquè el sulfur es converteixi en un estat estable en equilibri amb la fase gasosa, com ho demostra l'anàlisi de difracció de raigs X de l'òxid superficial.
La conclusió que la velocitat de vulcanització no és sensible a la concentració de HS sembla que s'estén al cas del HS pur. Burns ha estudiat la reacció de l'aliatge 8 en HS pur a 101,3 kPa. La taxa de corrosió a 593 graus és d'1,194 mm/any. En aquest moment, la concentració de HS és 2 ordres de magnitud inferior a la concentració a la temperatura corresponent de la taula 1, i la força és només la meitat de la temperatura corresponent, que contrasta amb les dades extrapolades de la taula. 1. Va verificar l'efecte del sobreescalfament sobre la taxa de corrosió. La taxa de corrosió sota HS pur a 650 graus era de 3,48 mm/any. La mostra es va vulcanitzar severament en 12 hores a 774 graus i es va destruir completament a 982 graus.
Segons les dades obtingudes, quan s'utilitza un aliatge 800 en una atmosfera que conté una àmplia gamma de components HS des d'unes poques ppm fins al 100% HS, no hi haurà corrosió de sulfur evident per sota dels 538 graus, i la ferralla La taxa de corrosió (0,408 mm/any) sembla ser superior a 538 graus i es pot produir un 1% o més d'atmosfera H, S. Tanmateix, no hi ha dades sobre la taxa de corrosió en atmosferes que contenen quantitats petites o traces de HS per sobre de 538 graus. Hi hauria d'haver un punt límit crític per sota del qual no es produirà corrosió a causa de l'estabilitat termodinàmica de la fase de sulfur. La interfície estable de fase (metall/sulfur metàl·lic) de Fe, Ni, Cr i Mn en funció de la temperatura i la relació HS/H es mostra a la figura 1. Si la relació HS/-H2 és inferior a 10~3, Fe i Ni no formarà sulfurs estables per sobre dels 760 graus. Fins i tot si es formen sulfurs de Fe i Ni, fent que l'aliatge 800 es corroeixi ràpidament, encara pot mantenir un bon rendiment en condicions de més de 760 graus i la concentració de HS en H inferior a 1000 ppm.
D'altra banda, si els sulfurs de Cr i Mn estan formats per sulfur intern o extern, que afavoreix una ràpida corrosió de l'aliatge, es pot veure a la figura 1 que el contingut màxim de sofre sense reacció és d'1 ppm a 1 ppb. Com que no hi ha dades cinètiques sobre la reacció en concentracions baixes de HS, és difícil jutjar els factors de control i els límits de la reacció. Rao i Nelson van estudiar la reacció de l'acer inoxidable 310 (25Cr, 20Ni, Fe restant) en una atmosfera amb una pressió d'1,5×10-4 Nm-² i una pressió parcial de vapor de sofre d'1,5×10-'' Nm-2 HS/H. El HS /H és equivalent a 2,71×10-³ (2700×10- grau HS). Van trobar que només es van formar sulfurs de Fe i Cr de tipus espinela, cosa que és coherent amb les dades de la figura 1. El sulfur de Ni és inestable en aquestes condicions, mentre que el sulfur de Fe i Cr de tipus espinela és estable.
Segons la mesura de Rao i Nelson, la velocitat de reacció és molt ràpida i l'augment de pes a les 100 hores és molt gran, equivalent a 115 mg/cm². Això indica que el rendiment permès HS/H ha d'estar molt per sota de 2700 ppm. Es creu que l'aliatge Incoloy800 es comporta de manera molt semblant. La comprensió actual no és suficient per determinar el comportament real de l'aliatge 800 en atmosferes d'alta temperatura i baixa concentració de sofre. Cal estudiar la relació entre el contingut màxim i la temperatura sota una bona resistència a la corrosió. Aquesta és, òbviament, una investigació important que condueix a aplicacions més fiables d'aquest aliatge. 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>L'aliatge modificat de 100 ppm amb Al afegit forma A12O3 a causa de l'oxidació selectiva, i també es pot formar una pel·lícula d'òxid en una atmosfera amb una concentració d'oxigen extremadament baixa, com ara logPH2o/PH2 de -9~-10.
Burns va estudiar el comportament de l'aliatge 800 modificat amb Al en una atmosfera HS pura. Afegint {{10}},25%, 2% i 4% Al, la taxa de corrosió va baixar d'1,175 a 0,725, 0,175~0,25 i 0,075 ~0,15 mm/any respectivament a 593 graus. Això pot ser degut a l'oxidació selectiva d'Al en una atmosfera amb molt baixa activitat d'oxigen per formar una pel·lícula d'òxid protectora. Per aconseguir un millor efecte protector, la quantitat d'A1 afegida és d'almenys un 4%, que és la mateixa que l'Al requerida perquè els aliatges Fe--Cr-Ni-Al i Fe-Cr-Al formin un Pel·lícula protectora A1 en una atmosfera de gasificació de carbó de baixa concentració d'oxigen. El contingut és coherent.
El segon mètode, que consisteix a augmentar l'activitat de l'oxigen a l'atmosfera i formar una pel·lícula protectora d'òxid de crom a l'aliatge 800, és més factible, però això pot estar restringit pel procés o sistema. Per aconseguir aquest propòsit, afegir una petita quantitat de vapor o CO és més efectiu. Clayton va trobar que 800 tubs d'aliatge en un forn de craqueig d'etilè s'utilitzaven en nafta i vapor amb menor activitat de sofre a una temperatura de 704 graus. No es va produir cap corrosió per sulfur fins un any després. Al contrari, es van afegir traces de sodi al vapor. Destruirà la pel·lícula d'òxid protectora, provocant la corrosió del sulfur, i la corrosió serà greu en només tres mesos.
