Aleación a base de níquel (Incoloy 800 N08800) resistente a altas temperaturas y resistencia a la corrosión.
1. Introducción
La aleación Incoloy 800 es una aleación a base de hierro; contiene una gran cantidad de Ni, Cr y una pequeña cantidad de Si, Mn, Cu, Al, Ti. Tiene alta resistencia a altas temperaturas y también tiene buena resistencia a la oxidación, resistencia a la carburación y resistencia a la permeabilidad. Propiedades del azufre. Los altos contenidos de Cr y Ni garantizan una estabilidad a largo plazo en ambientes corrosivos. Tubo de horno de gasolina cruda craqueado de aleación 800 utilizado en una planta de procesamiento de hidrógeno durante 150 {6}} horas
(17 años) después, sólo ha sufrido una corrosión menor y todavía tiene buenas propiedades mecánicas.
En Estados Unidos y otros países, la aleación 800 se ha convertido en el material estructural estándar para altas temperaturas. Esta aleación es perfectamente adecuada para su uso en una amplia gama de condiciones y, como resultado, este material se ha utilizado ampliamente en muchos sistemas de alta temperatura en los últimos años. En los Estados Unidos, la atención se ha centrado principalmente en aplicaciones en sistemas avanzados de conversión de energía, especialmente aquellos relacionados con la combustión y gasificación del carbón, con resultados variables que van desde el éxito hasta el fracaso inesperado debido a la sequía. En casi todos los casos, el problema se debe a la corrosión acelerada por azufre.
La sulfuración parece ser el principal obstáculo que limita el uso generalizado de esta aleación. Las condiciones para un uso fiable de esta aleación aún no están claras. El propósito de este artículo es revisar los datos sobre el comportamiento de la Aleación 800 en atmósferas que contienen azufre y evaluar el potencial de la Aleación 800 para resistir la corrosión por sulfuración. Además, las limitaciones apuntan a factores ambientales y materiales que influyen en el comportamiento, así como a áreas en las que es necesario seguir trabajando.
2. Antioxidantes
La mayoría de las aplicaciones de la aleación Incolog 800 en atmósferas donde puede ocurrir sulfuración y corrosión pertenecen a una de las siguientes tres atmósferas: (1) procesamiento de petróleo, (2) gasificación del carbón y (3) combustión de combustibles fósiles. La principal diferencia entre cada atmósfera es la actividad del oxígeno, la temperatura y la presión, pero algunos componentes de la atmósfera son parcialmente iguales y no siempre hay diferencias obvias. A continuación se muestran los resultados de las pruebas pasadas y presentes de la aleación 800 en varios campos, incluidas estimaciones de tiras de uso restringido que requieren un mejor rendimiento.
2.1 Procesamiento de petróleo
Las condiciones de uso en la industria petrolera son: baja temperatura y la atmósfera contiene hidrógeno, hidrocarburos, óxidos de carbono y vapor que contienen pequeñas o trazas de HS. Este tipo de atmósfera suele contener<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 velocidad de corrosión depende en gran medida de la temperatura y es insensible al contenido de HS y a la presión total. Cuando la atmósfera contiene 0.02% HS, se producirá corrosión por sulfuración en la aleación 800. Nadie ha discutido todavía el efecto de la concentración de peroxígeno, pero se puede inferir que la actividad del oxígeno debe ser bastante baja para que el sulfuro alcance un estado estable en equilibrio con la fase gaseosa, como lo demuestra el análisis de difracción de rayos X de el óxido superficial.
La conclusión de que la velocidad de vulcanización no es sensible a la concentración de HS parece extenderse al caso de HS puro. Burns ha estudiado la reacción de la aleación 8 en HS puro a 101,3 kPa. La velocidad de corrosión a 593 grados es de 1,194 mm/año. En este momento, la concentración de HS es 2 órdenes de magnitud menor que la concentración a la temperatura correspondiente en la Tabla 1, y la fuerza es solo la mitad de la temperatura correspondiente, lo que contrasta marcadamente con los datos extrapolados en la Tabla 1. Verificó el efecto del sobrecalentamiento sobre la velocidad de corrosión. La velocidad de corrosión bajo HS puro a 650 grados fue de 3,48 mm/año. La muestra fue severamente vulcanizada en 12 horas a 774 grados y completamente destruida a 982 grados.
Según los datos obtenidos, cuando se utiliza una aleación 800 en una atmósfera que contiene una amplia gama de componentes HS desde unas pocas ppm hasta 100% HS, no habrá corrosión evidente por sulfuro por debajo de 538 grados, y la chatarra La velocidad de corrosión (0,408 mm/año) parece ser superior a 538 grados y puede producirse una atmósfera que contenga 1% o más de H, S. Sin embargo, no hay datos sobre la velocidad de corrosión en atmósferas que contienen pequeñas o trazas de HS por encima de 538 grados. Debe haber un punto límite crítico por debajo del cual no se producirá corrosión debido a la estabilidad termodinámica de la fase de sulfuro. La interfaz de fase estable (metal/sulfuro metálico) de Fe, Ni, Cr y Mn en función de la temperatura y la relación HS/H se muestra en la Figura 1. Si la relación HS/-H2 es inferior a 10~3, Fe y El Ni no formará sulfuros estables por encima de 760 grados. Incluso si se forman sulfuros de Fe y Ni, lo que hace que la aleación 800 se corroa rápidamente, aún puede mantener un buen rendimiento en condiciones superiores a 760 grados y una concentración de HS en H inferior a 1000 ppm.
Por otro lado, si los sulfuros de Cr y Mn se forman mediante sulfuro interno o externo, lo que promueve una rápida corrosión de la aleación, se puede ver en la Figura 1 que el contenido máximo de azufre sin reacción es de 1 ppm a 1 ppb. Dado que no existen datos cinéticos sobre la reacción en bajas concentraciones de HS, es difícil juzgar los factores de control y los límites de la reacción. Rao y Nelson estudiaron la reacción del acero inoxidable 310 (25Cr, 20Ni, resto Fe) en una atmósfera con una presión de 1,5×10-4 Nm-² y una presión parcial de vapor de azufre de 1,5×10-' Nm-2 HS/H. El HS /H equivale a 2,71×10-³ (2700×10- grados HS). Descubrieron que solo se formaban sulfuros de Fe y Cr de tipo espinela, lo que concuerda con los datos de la Figura 1. El sulfuro de Ni es inestable en estas condiciones, mientras que el sulfuro de Fe y Cr de tipo espinela es estable.
Según la medición de Rao y Nelson, la velocidad de reacción es muy rápida y el aumento de peso a las 100 horas es muy grande, equivalente a 115 mg/cm². Esto indica que el rendimiento HS/H permitido debe estar muy por debajo de 2700 ppm. Se cree que la aleación Incoloy800 se comporta de manera muy similar. Los conocimientos actuales no son suficientes para determinar el comportamiento real de la aleación 800 en atmósferas de alta temperatura y baja concentración de azufre. Es necesario estudiar la relación entre el contenido máximo y la temperatura bajo buena resistencia a la corrosión. Obviamente, se trata de una investigación importante que conduce a aplicaciones más fiables de esta aleación. 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>Una aleación modificada de 100 ppm con Al agregado forma A12O3 debido a la oxidación selectiva, y también se puede formar una película de óxido en una atmósfera con una concentración de oxígeno extremadamente baja, como logPH2o/PH2 de -9~-10.
Burns estudió el comportamiento de la aleación 800 modificada con Al en una atmósfera de HS puro. Al agregar {{10}}.25%, 2% y 4% de Al, la velocidad de corrosión disminuyó de 1,175 a 0.725, 0.175~0,25 y 0,075. ~0,15 mm/año respectivamente a 593 grados. Esto puede deberse a la oxidación selectiva del Al en una atmósfera con muy baja actividad de oxígeno para formar una película protectora de óxido. Para lograr un mejor efecto protector, la cantidad de A1 agregada es al menos del 4%, que es la misma que la Al requerida para que las aleaciones Fe--Cr-Ni-Al y Fe-Cr-Al formen una Película protectora A1 en atmósfera de gasificación de carbón con baja concentración de oxígeno. El contenido es consistente.
El segundo método, que consiste en aumentar la actividad del oxígeno en la atmósfera y formar una película protectora de óxido de cromo sobre la aleación 800, es más factible, pero puede estar restringido por el proceso o sistema. Para lograr este propósito, es más efectivo agregar una pequeña cantidad de vapor o CO. Clayton descubrió que 800 tubos de aleación en un horno de craqueo de etileno se utilizaban en nafta y vapor con menor actividad de azufre a una temperatura de 704 grados. No se produjo corrosión por sulfuro hasta un año después. Por el contrario, al vapor se le añadieron trazas de sodio. Destruirá la película protectora de óxido, lo que provocará corrosión por sulfuro, y la corrosión será grave en sólo tres meses.
