Aloi sy'n seiliedig ar nicel (Incoloy 800 N08800) ymwrthedd aloi i dymheredd uchel a gwrthsefyll cyrydiad
1 Rhagymadrodd
Aloi sy'n seiliedig ar haearn yw aloi Incoloy 800; mae'n cynnwys swm mawr o Ni, Cr a swm bach o Si, Mn, Cu, Al, Ti. Mae ganddo gryfder tymheredd uchel uchel, ac mae ganddo hefyd wrthwynebiad ocsideiddio da, ymwrthedd carburization a gwrthiant athreiddedd. Priodweddau sylffwr. Mae cynnwys uchel Cr a Ni yn sicrhau sefydlogrwydd hirdymor mewn amgylcheddau cyrydol. 800 o diwb ffwrnais gasoline crai cracio aloi a ddefnyddir mewn gwaith prosesu hydrogen am 150,000 o oriau
(17 mlynedd) yn ddiweddarach, dim ond mân gyrydiad y mae wedi'i ddioddef ac mae ganddo briodweddau mecanyddol da o hyd.
Yn yr Unol Daleithiau a gwledydd eraill, mae Alloy 800 wedi dod yn ddeunydd strwythurol tymheredd uchel safonol. Mae'r aloi hwn yn berffaith addas i'w ddefnyddio o dan ystod eang o amodau ac, o ganlyniad, defnyddiwyd y deunydd hwn yn helaeth mewn llawer o systemau tymheredd uchel yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Mae'r prif ffocws yn yr Unol Daleithiau wedi bod ar gymwysiadau mewn systemau trosi ynni uwch, yn enwedig y rhai sy'n ymwneud â hylosgi glo a nwyeiddio, gyda chanlyniadau amrywiol yn amrywio o lwyddiant i fethiant annisgwyl oherwydd sychder. Ym mron pob achos, mae'r broblem oherwydd cyrydiad cyflymu sylffwr.
Ymddengys mai sylffidiad yw'r prif bwynt glynu sy'n cyfyngu ar y defnydd eang o'r aloi hwn. Nid yw'r amodau ar gyfer defnydd dibynadwy o'r aloi hwn yn glir eto. Pwrpas yr erthygl hon yw adolygu'r data ar ymddygiad Alloy 800 mewn atmosfferau sy'n cynnwys sylffwr a gwerthuso potensial Alloy 800 i wrthsefyll cyrydiad sylffwr. Mae cyfyngiadau, ar ben hynny, yn cyfeirio at ffactorau amgylcheddol a materol sy'n dylanwadu ar ymddygiad, yn ogystal â meysydd lle mae angen gwaith pellach.
2. Gwrthocsidyddion
Mae'r rhan fwyaf o gymwysiadau aloi Incolog 800 mewn atmosfferau lle gall sylffwreiddio a chorydiad ddigwydd yn perthyn i un o'r tri atmosffer canlynol: (1) prosesu petrolewm, (2) nwyeiddio glo, a (3) hylosgi tanwydd ffosil. Y prif wahaniaeth rhwng pob atmosffer yw gweithgaredd ocsigen, tymheredd a phwysau, ond mae rhai cydrannau atmosffer yn rhannol yr un peth ac nid oes gwahaniaethau amlwg bob amser. Isod mae canlyniadau profion y gorffennol a'r presennol o 800 aloi mewn amrywiol feysydd, gan gynnwys amcangyfrifon o stribedi defnydd cyfyngedig sydd angen gwell perfformiad.
2.1 Prosesu petrolewm
Yr amodau defnydd yn y diwydiant petrolewm yw: tymheredd isel, ac mae'r atmosffer yn cynnwys hydrogen, hydrocarbonau, carbon ocsidau a stêm sy'n cynnwys symiau bach i olrhain o HS. Mae'r math hwn o awyrgylch fel arfer yn cynnwys<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.)
Mae'r gyfradd cyrydiad yn dibynnu i raddau helaeth ar dymheredd ac mae'n ansensitif i gynnwys HS a chyfanswm pwysau. Pan fydd yr atmosffer yn cynnwys 0.02% HS, bydd cyrydiad sulfidation yn digwydd mewn 800 o aloi. Nid oes unrhyw un eto wedi trafod effaith crynodiad peroxygen, ond gellir casglu bod yn rhaid i'r gweithgaredd ocsigen fod yn eithaf isel er mwyn i'r sylffid ddod yn gyflwr sefydlog mewn cydbwysedd â'r cyfnod nwy, fel y dangosir gan ddadansoddiad diffreithiant pelydr-X o yr arwyneb ocsid.
Ymddengys bod y casgliad nad yw'r cyflymder vulcanization yn sensitif i'r crynodiad HS yn cael ei ymestyn i achos HS pur. Mae Burns wedi astudio adwaith 8 aloi mewn HS pur ar 101.3kPa. Y gyfradd cyrydu ar 593 gradd yw 1.194 mm y flwyddyn. Ar yr adeg hon, mae crynodiad HS yn 2 orchymyn maint yn is na'r crynodiad ar y tymheredd cyfatebol yn Nhabl 1, a dim ond Tabl 1 yw'r grym. hanner y tymheredd cyfatebol, sydd mewn cyferbyniad sydyn â'r data allosodedig yn Nhabl 1. Gwiriodd effaith gorboethi ar y gyfradd cyrydu. Y gyfradd cyrydiad o dan HS pur ar 650 gradd oedd 3.48 mm y flwyddyn. Cafodd y sampl ei fwlcaneiddio'n ddifrifol o fewn 12 awr ar 774 gradd a'i ddinistrio'n llwyr ar 982 gradd.
Yn ôl y data a gafwyd, pan ddefnyddir aloi 800 mewn awyrgylch sy'n cynnwys ystod eang o gydrannau HS o ychydig ppm i 100% HS, ni fydd cyrydiad sylffid amlwg o dan 538 gradd, a'r sgrap mae'n ymddangos bod cyfradd cyrydiad (0.408 mm y flwyddyn) yn uwch na 538 gradd ac yn cynnwys 1% neu fwy o awyrgylch H, S. Fodd bynnag, nid oes unrhyw ddata ar y gyfradd cyrydu mewn atmosfferau sy'n cynnwys symiau bach i olrhain o HS uwchlaw 538 gradd. Dylai fod pwynt cyfyngu critigol na fydd cyrydiad yn digwydd oddi tano oherwydd sefydlogrwydd thermodynamig y cyfnod sylffid. Dangosir rhyngwyneb sefydlog cyfnod (sylffid metel/metel) Fe, Ni, Cr a Mn fel swyddogaeth tymheredd a chymhareb HS/H yn Ffigur 1. Os yw'r gymhareb HS/-H2 yn llai na 10~3, fe a Ni fydd Ni yn ffurfio sylffidau sefydlog uwchlaw 760 gradd. Hyd yn oed os ffurfir sylffidau Fe a Ni, gan achosi i'r aloi 800 gyrydu'n gyflym, gall barhau i gynnal perfformiad da o dan amodau mwy na 760 gradd a chrynodiad HS yn H llai na 1000ppm.
Ar y llaw arall, os yw sylffidau Cr a Mn yn cael eu ffurfio gan sylffid mewnol neu allanol, sy'n hyrwyddo cyrydiad cyflym yr aloi, gellir gweld o Ffigur 1 mai'r uchafswm cynnwys sylffwr heb adwaith yw 1ppm i 1ppb. Gan nad oes unrhyw ddata cinetig ar yr adwaith mewn crynodiadau isel o HS, mae'n anodd barnu'r ffactorau rheoli a therfynau'r adwaith. Astudiodd Rao a Nelson adwaith 310 o ddur di-staen (25Cr, 20Ni, yn weddill Fe) mewn atmosffer gyda gwasgedd o 1.5×10-4 Nm-² a gwasgedd rhannol anwedd sylffwr o 1.5 ×10-' Nm-2 HS/H. Mae'r HS/H yn cyfateb i 2.71×10-³ (2700×10- gradd HS). Canfuwyd mai dim ond sylffidau asgwrn cefn Fe a Cr a ffurfiwyd, sy'n gyson â'r data yn Ffigur 1. Mae Ni sulfide yn ansefydlog o dan yr amodau hyn, tra bod sylffid math spinel o Fe a Cr yn sefydlog.
Yn ôl y mesuriad gan Rao a Nelson, mae'r cyflymder adwaith yn gyflym iawn, ac mae'r cynnydd pwysau ar 100 awr yn fawr iawn, sy'n cyfateb i 115mg / cm². Mae hyn yn dangos bod yn rhaid i'r HS/H a ganiateir o ran perfformiad fod ymhell islaw 2700 ppm. Credir bod aloi Incoloy800 yn ymddwyn yn debyg iawn. Nid yw'r ddealltwriaeth gyfredol yn ddigon i bennu ymddygiad gwirioneddol aloi 800 mewn atmosfferau crynodiad tymheredd uchel a sylffwr isel. Mae angen astudio'r berthynas rhwng y cynnwys uchaf a'r tymheredd o dan ymwrthedd cyrydiad da. Mae hwn yn amlwg yn ymchwil bwysig sy'n arwain at gymwysiadau mwy dibynadwy o'r aloi hwn. maes.
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>Aloi wedi'i addasu 100ppm gydag Al wedi'i ychwanegu yn ffurfio A12O3 oherwydd ocsidiad dethol, a gellir ffurfio ffilm ocsid hefyd mewn atmosffer gyda chrynodiad ocsigen hynod o isel fel logPH2o/PH2 o -9~-10.
Astudiodd Burns ymddygiad aloi 800 wedi'i addasu gan Al mewn awyrgylch HS pur. Wrth ychwanegu {{10}}.25%, 2%, a 4% Al, gostyngodd y gyfradd cyrydu o 1.175 i 0.725, 0.175~0.25, a 0.075 ~0.15 mm/blwyddyn yn y drefn honno ar 593 gradd . Gall hyn fod oherwydd ocsidiad dethol Al mewn atmosffer gyda gweithgaredd ocsigen isel iawn i ffurfio ffilm amddiffynnol ocsid. Er mwyn cael effaith amddiffynnol well, mae'r swm o A1 a ychwanegir o leiaf 4%, sydd yr un fath â'r Al sy'n ofynnol ar gyfer aloion Fe--Cr-Ni-Al a Fe-Cr-Al i ffurfio Ffilm amddiffynnol A1 mewn awyrgylch nwyeiddio glo crynodiad isel-ocsigen. Mae'r cynnwys yn gyson.
Mae'r ail ddull, sef cynyddu gweithgaredd ocsigen yn yr atmosffer a ffurfio ffilm amddiffynnol cromiwm ocsid ar yr aloi 800, yn fwy ymarferol, ond gall y broses neu'r system gyfyngu ar hyn. Er mwyn cyflawni'r diben hwn, mae ychwanegu ychydig bach o stêm neu CO yn fwy effeithiol. Canfu Clayton fod 800 o diwbiau aloi mewn ffwrnais cracio ethylene yn cael eu defnyddio mewn naphtha a stêm gyda gweithgaredd sylffwr is ar dymheredd o 704 gradd. Ni ddigwyddodd unrhyw gyrydiad sylffid tan flwyddyn yn ddiweddarach. I'r gwrthwyneb, ychwanegwyd symiau hybrin o sodiwm at y stêm. Bydd yn dinistrio'r ffilm ocsid amddiffynnol, gan arwain at gyrydiad sylffid, a bydd y cyrydiad yn ddifrifol mewn dim ond tri mis.
