고온 및 내식성에 대한 니켈 기반 합금(Incoloy 800 N08800) 합금 저항성
1. 소개
Incoloy 800 합금은 철 기반 합금입니다. Ni, Cr이 다량 함유되어 있고 Si, Mn, Cu, Al, Ti가 소량 함유되어 있습니다. 고온강도가 높고 내산화성, 내침탄성, 저항투과성이 우수합니다. 유황 속성. Cr 및 Ni 함량이 높기 때문에 부식성 환경에서 장기적인 안정성을 보장합니다. 150,000 시간 동안 수소 처리 공장에서 사용되는 800 합금 균열 조가솔린 용광로 튜브
(17년) 후, 약간의 부식만 겪었고 여전히 우수한 기계적 특성을 유지하고 있습니다.
미국 및 기타 국가에서는 Alloy 800이 표준 고온 구조 재료가 되었습니다. 이 합금은 다양한 조건에서 사용하기에 완벽하게 적합하며 결과적으로 이 재료는 최근 몇 년 동안 많은 고온 시스템에서 광범위하게 사용되었습니다. 미국의 주요 초점은 첨단 에너지 변환 시스템, 특히 석탄 연소 및 가스화와 관련된 응용 분야에 있었으며 성공부터 가뭄으로 인한 예상치 못한 실패까지 다양한 결과를 가져왔습니다. 거의 모든 경우에 문제는 황 가속 부식으로 인해 발생합니다.
황화는 이 합금의 광범위한 사용을 제한하는 주요 문제점인 것 같습니다. 이 합금을 안정적으로 사용하기 위한 조건은 아직 명확하지 않습니다. 이 기사의 목적은 황 함유 대기에서 합금 800의 거동에 대한 데이터를 검토하고 황화 부식에 저항하는 합금 800의 잠재력을 평가하는 것입니다. 더욱이 한계는 행동에 영향을 미치는 환경적, 물질적 요인뿐만 아니라 추가 작업이 필요한 영역을 지적합니다.
2. 항산화제
황화 및 부식이 발생할 수 있는 대기에서 Incolog 800 합금의 대부분의 적용은 다음 세 가지 대기 중 하나에 속합니다: (1) 석유 처리, (2) 석탄 가스화, (3) 화석 연료 연소. 각 대기의 주요 차이점은 산소 활동, 온도 및 압력이지만 일부 대기 구성 요소는 부분적으로 동일하며 항상 뚜렷한 차이가 있는 것은 아닙니다. 다음은 더 나은 성능이 필요한 제한된 사용 스트립의 추정치를 포함하여 다양한 분야에서 800 합금의 과거 및 현재 테스트 결과입니다.
2.1 석유 처리
석유 산업의 사용 조건은 저온, 대기에는 수소, 탄화수소, 탄소 산화물 및 미량의 H2S를 함유한 증기가 포함되어 있습니다. 이러한 유형의 대기에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.<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.)
부식 속도는 주로 온도에 따라 달라지며 H2S 함량과 전체 압력에는 영향을 받지 않습니다. 대기 중에 0.02% H2S가 포함되어 있으면 800 합금에서 황화 부식이 발생합니다. 아직 과산소 농도의 영향에 대해 논의한 사람은 없지만, 다음의 X-선 회절 분석에서 알 수 있듯이 황화물이 기상과 평형을 이루는 안정한 상태가 되기 위해서는 산소 활성도가 매우 낮아야 한다고 추론할 수 있습니다. 표면 산화물.
가황 속도가 H2S 농도에 민감하지 않다는 결론은 순수 H2S의 경우에도 확장된 것으로 보입니다. Burns는 101.3kPa의 순수 H2S에서 8 합금의 반응을 연구했습니다. 593도에서의 부식속도는 1.194mm/년이다. 이때 H2S의 농도는 Table 1의 해당 온도에서의 농도보다 2자리 정도 낮으며, 힘은 Table 1에 불과하다. 해당 온도의 절반에 불과하며, 이는 Table의 외삽 데이터와 극명한 대조를 이룬다. 1. 과열이 부식률에 미치는 영향을 검증했습니다. 650도의 순수 H2S 부식률은 3.48mm/년이었습니다. 샘플은 774도에서 12시간 이내에 심하게 가황되었으며 982도에서는 완전히 파괴되었습니다.
얻은 데이터에 따르면, 800 합금이 수ppm에서 100%HS까지 광범위한 H2S 성분을 포함하는 분위기에서 사용되는 경우 538도 이하에서는 뚜렷한 황화물 부식이 발생하지 않으며 스크랩이 발생합니다. 부식률(0.408mm/년)은 538도 이상으로 보이며, H, S 분위기가 1% 이상 함유될 수 있습니다. 그러나 538도 이상의 H2S가 소량 또는 미량 함유된 대기에서의 부식 속도에 대한 데이터는 없습니다. 황화물 상의 열역학적 안정성으로 인해 부식이 발생하지 않는 임계 한계점이 있어야 합니다. 온도 및 H2S/H 비율의 함수로서 Fe, Ni, Cr 및 Mn의 상 안정 계면(금속/금속 황화물)이 그림 1에 나와 있습니다. H2S/-H2 비율이 10~3 미만인 경우 Fe 및 Ni는 760도 이상에서 안정한 황화물을 형성하지 않습니다. Fe와 Ni의 황화물이 형성되어 800 합금이 급속하게 부식되더라도 760도 이상, H의 H2S 농도가 1000ppm 미만인 조건에서 여전히 좋은 성능을 유지할 수 있습니다.
반면, Cr 및 Mn 황화물이 내부 또는 외부 황화물에 의해 형성되어 합금의 급속한 부식을 촉진하는 경우, 반응이 없는 최대 황 함량은 1ppm~1ppb임을 도 1에서 알 수 있다. 낮은 농도의 H2S에서 반응에 대한 역학적 데이터가 없기 때문에 반응의 제어 요인과 한계를 판단하기가 어렵습니다. Rao와 Nelson은 압력이 1.5×10-4 Nm-²이고 황 증기 부분압이 1.5×10-'인 대기에서 310 스테인리스강(25Cr, 20Ni, 나머지 Fe)의 반응을 연구했습니다. Nm-2 HS/H. HS /H는 2.71×10-3 (2700×10- HS)와 같습니다. 그들은 스피넬형 Fe와 Cr 황화물만이 형성되었다는 것을 발견했는데, 이는 그림 1의 데이터와 일치합니다. Ni 황화물은 이러한 조건에서 불안정한 반면, Fe와 Cr의 스피넬형 황화물은 안정적입니다.
Rao와 Nelson의 측정에 따르면 반응 속도가 매우 빠르며, 100시간에 체중 증가량이 115mg/cm²에 해당하는 매우 큰 것으로 나타났습니다. 이는 성능 허용 H2S/H가 2700ppm보다 훨씬 낮아야 함을 나타냅니다. Incoloy800 합금은 매우 유사하게 작용하는 것으로 여겨집니다. 현재의 이해만으로는 고온 및 저황 농도 분위기에서 800 합금의 실제 거동을 결정하는 데 충분하지 않습니다. 내식성이 양호한 상태에서 최대 함량과 온도 사이의 관계를 연구하는 것이 필요합니다. 이는 분명히 이 합금을 보다 안정적으로 적용할 수 있는 중요한 연구입니다. 필드.
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>Al을 첨가한 100ppm 변성 합금은 선택적 산화에 의해 Al2O3를 형성하며, -9~-10의 logPH2o/PH2와 같이 산소 농도가 극히 낮은 분위기에서도 산화막이 형성될 수 있습니다.
Burns는 순수 H2S 분위기에서 Al 변형 800 합금의 거동을 연구했습니다. {{10}}.25%, 2% 및 4% Al을 첨가하면 부식률이 1.175에서 0.725, 0.175~0.25 및 0.075로 감소했습니다. 593도에서 각각 ~0.15mm/년. 이는 산소 활성도가 매우 낮은 분위기에서 Al이 선택적으로 산화되어 보호 산화막을 형성하기 때문일 수 있습니다. 더 나은 보호 효과를 달성하기 위해 첨가된 A1의 양은 최소 4%이며, 이는 Fe--Cr-Ni-Al 및 Fe-Cr-Al 합금이 형성되는 데 필요한 Al과 동일합니다. 저산소 농도의 석탄 가스화 분위기에서 A1 보호 필름. 내용은 일관적입니다.
대기 중 산소 활성도를 높이고 800 합금에 보호 크롬 산화막을 형성하는 두 번째 방법이 더 실현 가능하지만 공정이나 시스템에 따라 제한될 수 있습니다. 이러한 목적을 달성하려면 소량의 증기나 CO를 추가하는 것이 더 효과적입니다. Clayton은 에틸렌 분해로에 있는 800개의 합금 튜브가 704도 온도에서 황 활성이 낮은 나프타와 증기에 사용된다는 사실을 발견했습니다. 1년이 지나도 황화물 부식은 발생하지 않았습니다. 반대로 증기에는 미량의 나트륨이 첨가되었습니다. 보호 산화막이 파괴되어 황화물 부식이 발생하고 단 3개월만 지나면 부식이 심각해집니다.
