KR19990029962A - 고온 합금의 부식방지법 - Google Patents

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Abstract

(a)한 가지 이상의 귀금속, 부식하지 않는 금속, 주기율표의 IV족 및 V족의 금속 및 그들의 혼합물에서 선택되는 금속의 박막을 0.01 내지 10㎛ 범위의 두께로, 보호하고자 하는 표면에 증착하는 단계와 (b)상기 처리된 표면을 불활성 분위기에서 소정의 온도로 충분한 시간 동안 아닐링하는 단계를 포함하는, 철, 니켈, 및 크롬을 함유하는 고온 합금의, 침탄 또는 금속 더스팅에 의한 고온 부식에 대한 보호를 증대시키는 방법.

Description

고온 합금의 부식방지법
본 발명은 철, 니켈, 및 크롬을 함유하는 고온 합금을 침탄(carburization) 또는 금속 더스팅(metal dusting)에 의해 초래되는 고온 부식에 대하여 보호하는 방법에 관한 것이다.
건조물 재료로서 보통 이용되는 고온 합금이 고온에서 고탄소포텐샬을 갖는 가스에 노출될 때 산화 또는 침탄 또는 금속 더스팅에 의해 부식되기 쉽다는 것은 여러 산업 공정에서 큰 문제가 되고 있다. 침탄은 석유 공업에서, 에틸렌이 열분해 노 내에서 1100℃ 이하의 온도에서 수증기-탄화수소 혼합물 내의 탄화 수소의 열분해에 의해 생성되는 경우 관찰할 수 있다. 이 분해 공정에서, 분해 튜브의 내벽에 코크 증착이 일어난다. 수증기 개질기에서, 천연 가스 또는 다른 탄화수소는 니켈 촉매 상에서의 촉매 반응에 의해 CO 및 H2로 전환된다. 튜브 벽의 침탄은 과열 또는 과잉 탄소 활성 후에 관찰된다. 철강의 열처리 또는 침탄을 위한 공업적 노에서는, 운반 화격자 또는 노 벽의 침탄도 생긴다. CO2-냉각 핵반응기의 구성성분은 CO2에 의해 침탄될 수 있으며, 리튬-냉각 반응기의 열 교환기는 헬륨 내의 CO 및 CH4등과 같은 불순물에 의해 침탄될 수 있다. 석탄 가스화에서, 그리고 오물 소각설비에서는, 침탄도 일어날 수 있지만 황화와 염소에 의한 부식이 더 심각할 것이다. 스트림 개질 노의 다운스트림에서, 열 회수 설비는 '금속 더스팅'으로 알려진 심한 형태의 부식에 대해 잠재적으로 취약하다. 철, 니켈 및 코발트를 함유하는 합금은 치명적인 침탄 과정에 취약하며, 이는 합금을, 탄소, 카바이드, 금속, 및 산소의 입자로 이루어진 '분진(dust)'으로 붕괴시킨다. 그 결과 합금 표면이 손모된다. 상기에서 언급한 침탄과 대조적으로, 금속 더스팅은 대략 450℃ 정도의 낮은 온도에서 일어난다. 많은 연구의 결과, 실제로 이용할 수 있는 모든 고온 합금은 금속 더스팅에 취약하다는 결론이 내려졌다. 가스에 H2S를 첨가하면 침탄과 금속 더스팅에 대해 약간의 저항력이 생길 수도 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나 촉매 중독과 같은 바람직하지 않은 효과들이 생길 위험성이 있으므로 많은 경우에 사용될 수는 없다. 그러한 합금들을 고온 부식에 대해 보호할 수 있는 효과적이면서 일반적으로 이용할 수 있는 방법들이 지금까지는 개발되지 않고 있다.
보통 고온 합금의 부식에 대한 보호는 크롬-산소 외층의 형성에 의존적이다. 그러나 그러한 산소 층은 대부분의 실제적인 조건에서 장기간 동안 보호적이지는 못한데, 왜냐하면 산소층에서 분열(cracks)이 쉽게 생기며, 밑에 있는 합금에 대한 부착성의 감소로 인하여 파쇄(spallation)이 일어나기 쉬울 것이기 때문이다. 합금 표면을 보호 혼합 산소층으로 코팅함으로써 유사한 보호를 시도하려 해도 역시 동일한 위험부담이 존재한다.
본 발명의 방법은, 합금과는 판이하게 다른 열성 및 역학적 성질을 갖는 표면 산소층의 형성에 의존하는 것이 아니므로, 그러한 위험부담으로 인하여 손해를 받지 않는다.
본 발명에 따르면, 철, 니켈 및 크롬을 함유하는 고온 합금으로 만들어진 컨테이너, 튜브, 페룰(ferrule) 등과 같은 공업 설비의 부품 및 구성성분을, 침탄 또는 금속 더스팅에 의한 부식으로부터 보호하기 위한 방법을 제공하고 있다. 상기 방법은, (a) 합금 표면을 세정하는 단계, (b) 귀금속 또는 IV족(즉, 주석 및 납)이나 V족(안티몬 및 비스무트)의 원소를 얇은 층으로 표면에 증착하는 단계와, 그리고 (c)불활성 분위기에서 소정의 온도 및 시간으로 표면을 가열하여, 보호하고자 하는 표면내에 및 표면상에 귀금속이 균일하게 분포되도록 하는 단계를 표함한다.
상기 금속의 증착은, 물리적 또는 화학적 증착 또는 디핑, 스프레잉 또는 플레이팅을 포함하는 종래의 방법에 의해 수행될 수 있을 것이다.
실시예
다음 실시예로써 상기한 발명을 제조하고 이용하는 방법을 상세히 묘사한다.
중량%로 0.05-0.1 C, 최대 1.0 Si, 최대 1.5 Mn, 최대 0.015 S, 30.0-35.0 Ni, 20.0 Cr, 45 Fe, 0.15-0.6 Ti, 0.15-0.6 Al, 최대 0.75 Cu의 조성을 갖는 Alloy 800H로 만들어지고, 대략 18mm의 직경과 6mm의 두께를 갖는 원통형 디스크를 테스트 샘플로 사용하여, 수회의 금속 더스팅 부식 테스트를 수행하였다.
실시예 1
테스트 샘플은 다음 조건에서 금속 더스팅 부식에 대하여 테스트하였다:
가스 압력 : 34 bar
가스 조성 : 49.3% H2, 15.6% CO, 5.6% CO2, 29.5% H2O
가스 속도 : 최대 10m/s
샘플 온도 : 650℃
지속 시간 : 200h
테스트는, 표면의 연마 및 세정, 기계적 처리 그리고 표면의 산화를 포함하는 여러 가지 다른 종래의 전처리 후에와 그리고 표면 처리를 하지 않고 수행하였다. 사용된 기계적 처리는 샌드블라스트 및 숏 피닝(shot peenig)이다. 이러한 모든 경우에서, 테스트 후에, 심한 금속 더스팅 공격, 즉, 탄소 형성, 금속의 피팅 및 손실이 관찰되었다. 그러나, 테스트 샘플을 본 발명에 따라 전처리하였을 때는, 전처리된 표면상에서 상기한 금속 더스팅 부식 테스트 후 어떠한 부식의 흔적도 관찰할 수 없었다.
전처리는 다음과 같이 하였다: 표면을 연마하고 세정하였다. 보호하고자 하는 표면 상에, 대략 1㎛ 두께의 금 층을 물리적 증착(vapor deposition)으로써 증착하였다. 최종적으로, 샘플을 헬륨의 흐름 내에서 900℃에서 30분간 유지시켰다.
실시예 2
상기한 조성을 갖는 Alloy 800H 테스트 샘플을 다음 조건에서 테스트하였다.
가스 압력 : 34 bar
가스 조성 : 39.4% H2, 37.2% CO, 1.7% CO2, 21.7% H2O
가스 속도 : 최대 10m/s
샘플 온도 : 653℃
지속 시간 : 100h
테스트 전에 다음과 같은 전처리를 하였다:
샘플 표면을 연마하고 세정하였다. 대략 3㎛ 두께의 주석 층을 전기화학적으로 표면 상에 증착하였다. 샘플은 헬륨의 흐름 내에서 800℃에서 30 분간 유지하였다.
전처리된 표면 상에서는, 금속 더스팅 부식 테스트 후에 어떠한 부식의 흔적도 찾을 수 없었다.
본 발명에 따른 전처리는 침탄 또는 금속 더스팅에 의한 고온 부식에 대한 보호를 증대시킨다.

Claims (3)

  1. (a)한 가지 이상의 귀금속, 부식하지 않는 금속, 주기율표의 IV족 및 V족의 금속 및 그들의 혼합물에서 선택되는 금속의 박막을 0.01 내지 10㎛ 범위의 두께로, 보호하고자 하는 표면상에 증착하는 단계와 (b)상기 처리된 표면을 불활성 분위기에서 소정의 온도로 충분한 시간 동안 아닐링하는 단계를 포함하는, 철, 니켈, 및 크롬을 함유하는 고온 합금의, 침탄 또는 금속 더스팅에 의한 고온 부식에 대한 보호를 증대시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, IV족 금속이 주석 및/또는 납인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, V족 금속이 안티몬 및/또는 비스무트인 것을 특징으로 하는 방법.
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