EA001169B1

EA001169B1 - Способ защиты высокотемпературных сплавов, содержащих железо, никель и хром, от высокотемпературной коррозии, вызываемой науглероживанием или распылением металла

Info

Publication number: EA001169B1
Application number: EA199800742A
Authority: EA
Inventors: Иб Альструп; Иб Хоркендорф
Original assignee: Хальдор Топсеэ А/С
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-10-30
Also published as: UA58503C2; TW434326B; CN1195894C; JP4372243B2; KR19990029962A; DE69804559T2; EP0903424A1; ES2173535T3; DK0903424T3; CN1219607A; NO984240D0; NO320781B1; JPH11172473A; AU744761B2; NZ331958A; EA199800742A1; KR100316222B1; EP0903424B1; DE69804559D1; ATE215623T1

Description

Изобретение относится к технологии защиты высокотемпературных сплавов, содержащих железо, никель и хром, от высокотемпературной коррозии, вызываемой науглероживанием или распылением металла.

Важная проблема во многих промышленных процессах состоит в том, что высокотемпературные сплавы, обычно используемые в качестве конструкционных материалов, чувствительны к коррозии за счет окисления или науглероживания или распыления металла, когда они выдерживаются при высоких температурах в газах с высоким потенциалом углерода. Науглероживание наблюдается в нефтехимической промышленности, где производится этилен в пиролизных печах термическим крекингом углеводородов в смеси углеводорода с паром при температурах до 1100°С. В этом процессе крекинга происходит отложение кокса на внутренней стенке трубок крекингпечи. В аппарате парового реформинга природный газ или другие углеводороды превращают каталитической реакцией на никелевых катализаторах в оксид углерода и водород. Науглероживание стенок трубок наблюдается при перегреве или избыточной активности углерода. В промышленных печах для термической обработки или науглероживания стали также происходит науглероживание несущих топочных решеток и стенок печи. Узлы (детали) охлаждаемого диоксидом углерода ядерного реактора могут науглероживаться диоксидом углерода, и теплообменники реактора, охлаждаемого гелием, могут быть науглерожены примесями, такими, как оксид углерода и метана в гелии. В установках газификации угля и сжигания отходов науглероживание возможно, но более существенны осернение и коррозия, вызываемая хлором. В нижней по ходу потока части печи парового реформинга оборудование по рекуперации тепла более подвержено к тяжелой форме коррозии, известной как распыление металла. Это наиболее сильный процесс науглероживания, к которому уязвимы сплавы, содержащие железо, никель и кобальт, и который приводит к распаду сплава в пыль, состоящую из углерода, карбидов, металла и оксидов. Результатом является изнашивание поверхности сплава. В отличие от вышеупомянутого науглероживания, распыление металла встречается при таких невысоких температурах, как 450°С. В результате многих исследований пришли к выводу о том, что фактически все имеющиеся высокотемпературные сплавы подвержены распылению металла.

Известен способ защиты высокотемпературных сплавов, содержащих железо, никель и хром, от высокотемпературной коррозии, вызываемой науглероживанием или распылением металла, который включает полирование и очистку поверхности, механическую пескоструйную обработку и упрочняющую дробеструйную обработку и окисление поверхности (смотри

Металлографическое полирование механическими методами (Ме1а11одгарЫс роШЫид Ьу шесйашса1 шеИобк), публикация Л8М, 3-е издание, 1982).

Известный способ не гарантирует удовлетворительную защиту частей и узлов промышленных установок, которые сделаны из высокотемпературных сплавов.

Целью изобретения является обеспечить высокоэффективный способ защиты высокотемпературных сплавов, содержащих железо, никель и хром, от высокотемпературной коррозии, вызываемой науглероживанием или распылением металла.

Эта цель достигается предложенным способом защиты высокотемпературных сплавов, содержащих железо, никель и хром, от высокотемпературной коррозии, вызываемой науглероживанием или распылением металла, который включает обработку поверхности, подлежащей защите, причем обработка осуществляется отложением слоя, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей благородные металлы, драгоценные металлы, металлы из группы IV и группы V Периодической таблицы и их смеси, толщиной в интервале от 0,01 до 10 мкм на поверхности, подлежащей защите, с последующим прокаливанием обрабатываемой поверхности в инертной атмосфере при заданной температуре.

Прокаливание при заданной температуре осуществляется в течение периода времени, достаточного для получения однородного распределения металла на и в поверхности, подлежащей защите. Отложение выше указанных металлов можно проводить обычными способами, включая физическое или химическое осаждение паров или пропитку из раствора, напыление или гальваническое нанесение. В качестве металлов IV группы предпочтительно используют олово и/или свинец. В качестве металлов V группы предпочтительно используют сурьму и/или висмут.

Перед отложением слоя поверхность, подлежащая защите, может быть очищена с последующим, в случае необходимости, полированием. Для очистки и полирования могут быть использованы подходящие агенты.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами, служащими для описания способа осуществления и использования выше указанного изобретения в деталях.

Ряд тестов коррозии распылением металла проводили с использованием в качестве проверочных образцов цилиндрических дисков с диаметром около 18 мм и толщиной 6 мм, сделанных из сплава 800Н со следующим составом в вес.%:

0,05-0,1 углерод, макс. 1,0 кремний, макс. 1,5 марганец, макс. 0,015 сера, 30,0-35,0 никель, 20,0 хром, 45 железо, 0,15-0,6 титан, 0,15-0,6 алюминий, макс. 0,75 медь.

Пример 1.

Образец тестировали по отношению к коррозии распылением металла при следующих условиях:

Давление газа: 34 бар;

Состав газа: 49,3% Н₂, 15,6% СО, 5,6% СО₂, 29,5% Н2О;

Скорость газа: макс. 10 м/с;

Температура образца: 650°С;

Продолжительность: 200 ч.

Тесты проводили без предварительной обработки поверхности и после ряда различных обычных предварительных обработок, включающих полирование и очистку поверхности, механическую обработку и окисление поверхности. Использованные виды механической обработки представляли собой пескоструйную обработку и дробеструйное упрочнение. Во всех этих случаях в результате теста наблюдалось сильное распыление металла, то есть образование углерода, точечная коррозия и потери материала. Однако, когда испытываемый образец предварительно обрабатывали в соответствии с настоящим изобретением, на предварительно обработанной поверхности после вышеуказанного теста на коррозию распылением металла нельзя было заметить признаков коррозии. Использовали следующую предварительную обработку согласно изобретению:

Поверхность полировали и очищали. Наносили слой золота толщиной около 1 мкм физическим осаждением из паров на подлежащей защите поверхности. Затем образец выдерживали 30 мин при 900°С в токе гелия.

Пример 2.

Испытуемый образец сплава 800 Н выше указанного состава испытывали при следующих условиях:

Давление газа: 34 бар;

Состав газа: 39,4% Н₂, 37,2% СО, 1,7% СО2, 21,7% Н2О:

Скорость газа: макс. 1 0 м/с;

Температура образца: 653°С; Продолжительность: 1 00 ч.

Перед испытанием использовали следующую предварительную обработку:

Поверхность образца полировали и очищали. Электрохимически осаждали на поверхности слой олова толщиной около 3 мкм. Образец выдерживали 30 мин при 800°С в токе гелия.

На предварительно обработанной поверхности после теста на коррозию распылением металла нельзя было заметить признаков коррозии.

Claims

1 . Способ защиты высокотемпературных сплавов, содержащих железо, никель и хром, от высокотемпературной коррозии, вызываемой науглероживанием или распылением металла, который включает обработку поверхности, подлежащей защите, отличающийся тем, что обработку проводят отложением слоя, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей благородные металлы, драгоценные металлы, металлы из группы IV и группы V Периодической таблицы и их смеси, толщиной в интервале от 0,01 до 10 мкм на поверхности, подлежащей защите, с последующим прокаливанием обработанной поверхности в инертной атмосфере при заданной температуре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокаливание при заданной температуре проводят в течение периода времени, достаточного для получения однородного распределения металла на и в поверхности, подлежащей защите.

3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве металла группы IV используют олово и/или свинец.

4. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве металла группы V используют сурьму и/или висмут.

5. Способ по любому из пп. 1 -4, отличающийся тем, что перед отложением слоя поверхность, подлежащую защите, подвергают очистке.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что перед отложением слоя поверхность, подлежащую защите, подвергают полированию.