Lega a base di nichel (Incoloy 800 N08800) resistenza alle alte temperature e resistenza alla corrosione
1. Introduzione
La lega Incoloy 800 è una lega a base di ferro; contiene una grande quantità di Ni, Cr e una piccola quantità di Si, Mn, Cu, Al, Ti. Ha un'elevata resistenza alle alte temperature e ha anche una buona resistenza all'ossidazione, resistenza alla carburazione e resistenza alla permeabilità. Proprietà dello zolfo. Gli elevati contenuti di Cr e Ni garantiscono stabilità a lungo termine in ambienti corrosivi. Tubo per fornace per benzina grezza crackizzata in lega 800 utilizzato nell'impianto di lavorazione dell'idrogeno per 150,000 ore
(17 anni) dopo, ha subito solo una leggera corrosione e ha ancora buone proprietà meccaniche.
Negli Stati Uniti e in altri paesi, la lega 800 è diventata il materiale strutturale ad alta temperatura standard. Questa lega è perfettamente adatta per l'uso in un'ampia gamma di condizioni e, di conseguenza, questo materiale è stato ampiamente utilizzato in molti sistemi ad alta temperatura negli ultimi anni. Negli Stati Uniti l’attenzione principale si è concentrata sulle applicazioni nei sistemi avanzati di conversione dell’energia, in particolare quelli legati alla combustione e alla gassificazione del carbone, con risultati variabili che vanno dal successo al fallimento inaspettato dovuto alla siccità. In quasi tutti i casi, il problema è dovuto alla corrosione accelerata dallo zolfo.
La solforazione sembra essere il principale punto critico che limita l’uso diffuso di questa lega. Le condizioni per un utilizzo affidabile di questa lega non sono ancora chiare. Lo scopo di questo articolo è rivedere i dati sul comportamento della lega 800 in atmosfere contenenti zolfo e valutare il potenziale della lega 800 di resistere alla corrosione da solforazione. Le limitazioni, inoltre, indicano fattori ambientali e materiali che influenzano il comportamento, nonché aree in cui è necessario ulteriore lavoro.
2. Antiossidanti
La maggior parte delle applicazioni della lega Incolog 800 in atmosfere in cui possono verificarsi solforazione e corrosione appartengono a una delle seguenti tre atmosfere: (1) lavorazione del petrolio, (2) gassificazione del carbone e (3) combustione di combustibili fossili. La differenza principale tra ciascuna atmosfera è l'attività dell'ossigeno, la temperatura e la pressione, ma alcuni componenti dell'atmosfera sono in parte gli stessi e non sempre ci sono differenze evidenti. Di seguito sono riportati i risultati dei test passati e presenti della lega 800 in vari campi, comprese le stime di strisce ad uso limitato che richiedono prestazioni migliori.
2.1 Lavorazione del petrolio
Le condizioni di utilizzo nell'industria petrolifera sono: bassa temperatura e l'atmosfera contiene idrogeno, idrocarburi, ossidi di carbonio e vapore contenente piccole o tracce di HS. Questo tipo di atmosfera solitamente contiene<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 velocità di corrosione dipende in gran parte dalla temperatura ed è insensibile al contenuto di HS e alla pressione totale. Quando l'atmosfera contiene 0,02% di HS, nella lega 800 si verificherà corrosione da solforazione. Nessuno ha ancora discusso l'effetto della concentrazione di perossigeno, ma si può dedurre che l'attività dell'ossigeno deve essere piuttosto bassa affinché il solfuro diventi uno stato stabile in equilibrio con la fase gassosa, come evidenziato dall'analisi di diffrazione di raggi X del l'ossido superficiale.
La conclusione che la velocità di vulcanizzazione non è sensibile alla concentrazione di HS sembra essere estesa al caso dell'HS puro. Burns ha studiato la reazione della lega 8 in HS puro a 101,3 kPa. La velocità di corrosione a 593 gradi è di 1.194 mm/anno. In questo momento, la concentrazione di HS è di 2 ordini di grandezza inferiore alla concentrazione alla temperatura corrispondente nella Tabella 1, e la forza è solo la metà della temperatura corrispondente, il che è in netto contrasto con i dati estrapolati nella Tabella 1. 1. Ha verificato l'effetto del surriscaldamento sulla velocità di corrosione. Il tasso di corrosione sotto HS puro a 650 gradi era di 3,48 mm/anno. Il campione è stato gravemente vulcanizzato entro 12 ore a 774 gradi e completamente distrutto a 982 gradi.
Secondo i dati ottenuti, quando la lega 800 viene utilizzata in un'atmosfera contenente un'ampia gamma di componenti HS da poche ppm al 100% di HS, non si verificherà alcuna evidente corrosione da solfuri al di sotto di 538 gradi e i rottami il tasso di corrosione (0,408 mm/anno) sembra essere superiore a 538 gradi e può essere presente un'atmosfera contenente l'1% o più di H, S. Tuttavia, non ci sono dati sulla velocità di corrosione in atmosfere contenenti quantità da piccole a tracce di HS superiori a 538 gradi. Dovrebbe esserci un punto limite critico al di sotto del quale la corrosione non si verificherà a causa della stabilità termodinamica della fase solforata. L'interfaccia stabile in fase (metallo/solfuro metallico) di Fe, Ni, Cr e Mn in funzione della temperatura e del rapporto HS/H è mostrata nella Figura 1. Se il rapporto HS/-H2 è inferiore a 10~3, Fe e Il Ni non formerà solfuri stabili sopra i 760 gradi. Anche se si formano solfuri di Fe e Ni, causando una rapida corrosione della lega 800, può comunque mantenere buone prestazioni in condizioni superiori a 760 gradi e con una concentrazione di HS in H inferiore a 1000 ppm.
D'altra parte, se i solfuri di Cr e Mn sono formati da solfuro interno o esterno, che promuove la rapida corrosione della lega, dalla Figura 1 si può vedere che il contenuto massimo di zolfo senza reazione è compreso tra 1 ppm e 1 ppb. Poiché non esistono dati cinetici sulla reazione a basse concentrazioni di HS, è difficile giudicare i fattori di controllo e i limiti della reazione. Rao e Nelson hanno studiato la reazione dell'acciaio inossidabile 310 (25Cr, 20Ni, restante Fe) in un'atmosfera con una pressione di 1,5×10-4 Nm-² e una pressione parziale di vapore di zolfo di 1,5×10-' Nm-2 HS/H. L'HS /H equivale a 2,71×10-³ (2700×10- grado HS). Hanno scoperto che si formavano solo solfuri di Fe e Cr di tipo spinello, il che è coerente con i dati nella Figura 1. Il solfuro di Ni è instabile in queste condizioni, mentre il solfuro di Fe e Cr di tipo spinello è stabile.
Secondo la misurazione di Rao e Nelson, la velocità di reazione è molto elevata e l'aumento di peso dopo 100 ore è molto elevato, equivalente a 115 mg/cm². Ciò indica che la prestazione HS/H consentita deve essere ben inferiore a 2700 ppm. Si ritiene che la lega Incoloy800 si comporti in modo molto simile. Le conoscenze attuali non sono sufficienti per determinare il comportamento effettivo della lega 800 in atmosfere ad alta temperatura e a bassa concentrazione di zolfo. È necessario studiare la relazione tra il contenuto massimo e la temperatura con una buona resistenza alla corrosione. Si tratta ovviamente di una ricerca importante che porta ad applicazioni più affidabili di questa lega. campo.
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>La lega modificata da 100 ppm con aggiunta di Al forma A12O3 a causa dell'ossidazione selettiva e una pellicola di ossido può anche formarsi in un'atmosfera con una concentrazione di ossigeno estremamente bassa come logPH2o/PH2 di -9~-10.
Burns ha studiato il comportamento della lega 800 modificata con Al in un'atmosfera pura di HS. Aggiungendo {{10}},25%, 2% e 4% Al, il tasso di corrosione è sceso da 1,175 a 0,725, 0,175~0,25 e 0,075 ~0,15 mm/anno rispettivamente a 593 gradi. Ciò potrebbe essere dovuto all'ossidazione selettiva dell'Al in un'atmosfera con un'attività dell'ossigeno molto bassa per formare una pellicola protettiva di ossido. Per ottenere un migliore effetto protettivo, la quantità di A1 aggiunta è almeno del 4%, che è la stessa dell'Al richiesto per le leghe Fe--Cr-Ni-Al e Fe-Cr-Al per formare un Pellicola protettiva A1 in atmosfera di gassificazione del carbone a bassa concentrazione di ossigeno. Il contenuto è coerente.
Il secondo metodo, che consiste nell'aumentare l'attività dell'ossigeno nell'atmosfera e formare una pellicola protettiva di ossido di cromo sulla lega 800, è più fattibile, ma può essere limitato dal processo o dal sistema. Per raggiungere questo scopo, è più efficace aggiungere una piccola quantità di vapore o CO. Clayton ha scoperto che 800 tubi di lega in un forno di cracking dell'etilene venivano utilizzati nella nafta e nel vapore con un'attività dello zolfo inferiore a una temperatura di 704 gradi. Non si verificò alcuna corrosione da solfuro fino a un anno dopo. Al contrario, al vapore sono state aggiunte tracce di sodio. Distruggerà la pellicola protettiva di ossido, provocando la corrosione dei solfuri e la corrosione diventerà grave in soli tre mesi.
