NO332412B1 - Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen - Google Patents
Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- NO332412B1 NO332412B1 NO20063008A NO20063008A NO332412B1 NO 332412 B1 NO332412 B1 NO 332412B1 NO 20063008 A NO20063008 A NO 20063008A NO 20063008 A NO20063008 A NO 20063008A NO 332412 B1 NO332412 B1 NO 332412B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- stainless steel
- austenitic stainless
- weight
- hydrogen
- oxygen
- Prior art date
Links
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 29
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004035 construction material Substances 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 18
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 18
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 13
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- CEGIKIXYDFDYDN-RXDXJJGDSA-N 7-[(2s,3s,4r,5s)-3,4-dihydroxy-5-(methylsulfanylmethyl)pyrrolidin-2-yl]-1,5-dihydropyrrolo[3,2-d]pyrimidin-4-one Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](CSC)N[C@H]1C1=CNC2=C1NC=NC2=O CEGIKIXYDFDYDN-RXDXJJGDSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000792 Monel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- QUQFTIVBFKLPCL-UHFFFAOYSA-L copper;2-amino-3-[(2-amino-2-carboxylatoethyl)disulfanyl]propanoate Chemical compound [Cu+2].[O-]C(=O)C(N)CSSCC(N)C([O-])=O QUQFTIVBFKLPCL-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
- C22C30/02—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
- H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Bruk av et austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 10-20 vekt% nikkel, 10-20 vekt% krom, 30-50 vekt% jern, høyst 17 vekt% av et annet eller andre grunnstoff og resten jern og/eller krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for oksygenmiljø og/eller hydrogenmiljø og/eller flussyremiljø.
Description
Foreliggende oppfinnelse angår anvendelse av austenittisk rustfritt stål som materiale i en innretning eller konstruksjonsdel som er utsatt for et som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen.
Foreliggende oppfinnelse egner seg spesielt godt for et elektrolyseapparat av PEM-typen (polymerelektrolyttmembran), men også for alle andre innretninger som inneholder en PEM, for eksempel brenselceller. Forhold som er typiske, men ikke begrensende for elektrolyse av vann med PEM-elektrolyseapparat er temperatur fra 10 °C til 100 °C og et trykkintervall fra atmosfæretrykk til 50 bar.
Hvis de utsettes for et miljø som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen, kan materialet i de nevnte innretningene og konstruksjonsdelene brytes ned.
Hvis den nevnte innretningen er et elektrolyseapparat for elektrolyse av vann som innbefatter en polymerelektrolyttmembran, vil det finnes spormengder av flussyre (HF) i vannet. Dermed blir prosessvannet etsende, og standard konstruksjonsmaterialer som rustfritt stål vil korrodere. Korrosjonen vil frigjøre korrosjonsprodukter som f.eks. Fe<2+>, Ni<2+>og Cr<2+>. Disse korrosjonsproduktene vil samle seg i membranen og dermed gi den kortere levetid. For å sikre akseptabel effekt av membranen gjennom hele dens levetid, ville det vært ideelt om konstruksjonsmaterialet til elektrolyseinnretningen er inert. Derfor er kravene til korrosjonsbestandighet for slike formål ekstremt høye, høyere enn de normale kravene for å holde konstruksjonen intakt gjennom hele brukslevetiden.
Hvis den nevnte innretningen er et elektrolyseapparat, vil deler av karet være utsatt for ren oksygengass. Det respektive konstruksjonsmaterialet må være kompatibelt med oksygen under slike forhold som oppstår under drift. Dette krever både høy tenntemperåtur og lav forbrenningsvarme.
Dessuten vil deler av karet hvis den nevnte innretningen er et elektrolyseapparat bli utsatt for hydrogen. Derfor må ikke det respektive konstruksjonsmaterialet være disponert for hydrogensprøhet.
Hittil har platinabelagt stål vært det foretrukne konstruksjonsmaterialet for et PEM-elektrolyseapparat. Til kommersielle enheter er platinabelagt stål utelukket på grunn av de høye produksjonsutgiftene. Dessuten må titan utelukkes fordi det korroderer og fordi det ikke er kompatibelt med oksygen. Dette gjelder spesielt innretninger som arbeider under høyt trykk, som illustrert på Figur 3. Denne figuren viser en dramatisk senking av tenntemperaturen i sprukne ulegerte titanflater med økende trykk (Fred E. Littman og Frank M. Church, «Reactions of Metals with Oxygen and Steam», Stanford Research Institute til Union Carbide Nuclear Co., sluttrapport AECU-4092, 15. feb. 1959). For eksempel er tenntemperaturen under 100 °C over ca. 20 bar.
Når det gjelder korrosjon og 02-kompatibilitet ville Ni-baserte legeringer vært det foretrukne materialet siden de er noen av de mest korrosjonsbestandige materialene i flussyre. Imidlertid har rent Ni og noen nikkellegeringer som for eksempel Monel (dvs. en legering av nikkel og kobber og andre metaller) en potensiell risiko for hydrogensprøhet, (NASA, NSS 1740.16, «Guidelines for Hydrogen System Design,
Materials Selection, Operations, Storage and Transportation» og Sourcebook Hydrogen Applications, tillegg 4: Hydrogen Embrittlement and Material Selection.)
Fra KR 20060071556 A er det kjent en separator for en brenselscelle(PEMFC - Polymer Electrolyte Membrane Fuel cell) og en brenselsescelle som inkluderer denne separatoren. Separatoren består av to lag rustfritt stål som inneholder forskjellige mengder wolfram for å øke korrosjonsbestandigheten.
EP 0 657 556 A1 beskriver austenittiske, korrosjonsbestandige legeringer som inneholder 32-37 vekt% Cr og 28-36 vekt% Ni. Legeringen kan også inneholde inntil 2 vekt% av Mn og/eller Mo og inntil 1 vekt% Cu.
Fra WO 2004/111285 A1 er det kjent et austenittisk rustfritt stål som er korrosjons-bestandig i ren hydrogengass ved høy temperatur. På grunn av en spesifikk overflate-modifikasjon er dette materialet spesielt motstandsdyktig mot hydrogensprøhet og egner seg derfor til apparatur og konstruksjonsdeler som er utsatt for hydrogenmiljø ved høyt trykk. Imidlertid har det nevnte stålet hittil ikke blitt vurdert, evaluert eller testet for kjemiske flerfasemiljø som inneholder spormengder av fluorider, som for eksempel i et PEM-elektrolyseapparat.
WO 03/044239 A1 omhandler en austenittisk rustfri stållegering som har god korrosjonsmotstandighet mot uorganiske og organiske syrer.
Rustfritt stål av type 316 tilfredsstiller kravene til oksygen- og hydrogenkompatibilitet, men anbefales vanligvis ikke i flussyremiljø på grunn av korrosjonsegenskapene (Materials Selector for Hazardous Chemicals, MS 4: Hydrogen Fluoride and Hydrofluoric Acid, MTI 2003,ISBN 1 57698 023 5). Som vist i det foreliggende eksemplet korroderer disse materialene også i miljø som inneholder spormengder av
HF.
Hovedmålet med foreliggende oppfinnelse var å komme fram til et konstruksjonsmateriale for en innretning eller konstruksjonsdeler som er kompatible med hensyn til 02, viser akseptabel motstandsdyktighet mot H2-sprøhet og tilstrekkelig korrosjonsbestandighet i flussyre.
Et annet mål med foreliggende oppfinnelse var å komme fram til et konstruksjonsmateriale for et PEM-elektrolyseapparat og konstruksjonsdelene av dette, som er kompatibel med hensyn til 02, viser akseptabel motstandsdyktighet mot H2-sprøhet og tilstrekkelig korrosjonsbestandighet i flussyre.
Oppfinnerne fant at disse målene ble oppnådd ved anvendelse av et austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 10-31,0 vekt% nikkel, 10-27,3 vekt% krom, 30-52,8 vekt% jern, høyst 17 vekt% av et annet eller andre grunnstoff valgt blant N, Mn, Mo, Cu, Nb, Ti, V, Ce, B, W, Si og Co, som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljø som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen.
Videre beskriver foreliggende oppfinnelse anvendelse av et austenittisk rustfritt stål som beskrevet ovenfor hvor den nevnte sammensetningen innbefatter 0,5 - 2 vekt-% kobber. Foreliggende oppfinnelse omfatter videre 3-8 vekt-% molybden. Oppfinnerne fant at et foretrukket materiale å anvende var et austenittisk rustfritt stål som beskrevet i det foregående med høyst 12,5 vekt-% av et annet eller andre grunnstoffer. Videre fant oppfinnerne at det var foretrukket med et austenittisk rustfritt stål omfattende høyst 12 vekt-% av et annet eller andre grunnstoffer. Foreliggende oppfinnelse omfatter anvendelse av et austenittisk rustfritt stål som beskrevet i det foregående hvor den nevnte sammensetningen innbefatter høyst 9 vekt-% av et annet eller andre grunnstoffer.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål som beskrevet i det foregående i et elektrolyseapparat er også omfattet av foreliggende oppfinnelse som innbefatter et hus og en cellestakk som har minst én elektrokjemisk celle for elektrolyse av vann mellom 5 og 100 °C når trykket ligger mellom atmosfæretrykk og 50 bar, hvor nevnte hus og andre konstruksjonsdeler av nevnte elektrolyseapparat er utsatt for et miljø som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen.
Et foretrukket materiale som kan anvendes er et austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 10 vekt% nikkel, 10,5 vekt% krom, 30 vekt% jern, høyst 17 vekt% av et annet eller andre grunnstoff og resten jern og/eller krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale.
Det er mer foretrukket å anvende et materiale i form av austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 10 vekt% nikkel, 10,5 vekt% krom, 30 vekt% jern, 0,5 - 2 vekt% kobber, høyst 16,5 vekt% av et annet eller andre grunnstoff og resten jern og/eller krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale.
Videre kan et austenittisk rustfritt stål materiale anvendes der den kjemiske sammensetningen innbefatter 10 vekt% nikkel, 10,5 vekt% krom, 30 vekt% jern, 3-8 vekt% molybden, 0,5 - 2 vekt% kobber, høyst 13,5 vekt% av et annet grunnstoff eller andre grunnstoff og resten jern og/eller krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale.
Det er funnet at et austenittisk rustfritt stål er foretrukket hvor den kjemiske sammensetningen innbefatter 20 vekt% nikkel, 20 vekt% krom, 30 - 50 vekt% jern, høyst 12,5 vekt% av et annet grunnstoff eller andre grunnstoff og resten krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale.
Videre er det mer foretrukket å anvende et materiale omfattende et austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 20 vekt% nikkel, 20 vekt% krom, 30 - 50 vekt% jern, 0,5 - 2 vekt% kobber, høyst 12 vekt% av et annet grunnstoff eller andre grunnstoff og resten krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale.
Det er også foretrukket å anvende et materiale av et austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 20 vekt% nikkel, 20 vekt% krom, 30 - 50 vekt% jern, 3-8 vekt% molybden, 0,5 — 2 vekt% kobber, høyst 9 vekt% av et annet grunnstoff eller andre grunnstoff og resten krom og/eller nikkel som konstruksjonsmateriale.
De nevnte austenittiske rustfrie stålartene er materialer som er spesielt godt egnet for slike forhold som et PEM-elektrolyseapparat utsettes for under drift. De er kompatible med 02, viser akseptabel motstand mot H2-sprøhet og tilstrekkelig korrosjonsbestandighet i hydrogenfluorid.
Foreliggende oppfinnelse forklares nærmere og belyses nedenfor i forbindelse med det følgende eksemplet og de vedlagte figurene, der
Figur 1 viser vekttap fra metallprøver som er kokt i 100 ppm HF(aq),
Figur 2a viser Fe-konsentrasjonen i vann etter koking av metallprøver i 100 ppm
HF(aq),
Figur 2b viser Ni-konsentrasjonen i vann etter koking av metallprøver i 100 ppm
HF(aq),
Figur 2c viser Cr-konsentrasjonen i vann etter koking av metallprøver i 100 ppm
HF(aq),
Figur 3 viser virkningen av temperaturen på spontanantenning av sprukket ulegert
titan i oksygen.
Eksempel - Materialtap på grunn av korrosjon i ionebyttet vann tilsatt 100 ppm HF
Det er utført tester med ionebyttet vann tilsatt 100 ppm hydrogenfluorid, og pH før begynnelsen av eksponeringen var 2,8. Metallprøver av materialene, hver med overflateareal på omtrent 25 cm<2>, ble testet ved 100 °C i Teflon-apparat med refluks av fordampet vann. Tabell 1 gir et overblikk over de testede materialene og de respektive bestanddelene bestemt ved røntgenfluorescensspektroskopi.
Det ble tatt vannprøver for analyse etter 1, 1,5, 3, 6 og 7 dager. Måling av vekttap ble gjort på kupongene i slutten av testene.
En typisk fluoridkonsentrasjon i vann i en prototyp av et elektrolyseapparat ble målt til 40 ppm med pH = 3. Dette betyr at de faktiske testforholdene med høyere fluoridkonsentrasjon representerer en akselerert test og hovedsakelig bør anvendes til å rangere materialene.
Testene viser at alle materialene korroderte i forskjellig grad under testforholdene.
Prøven av 316L korroderte betydelig mer enn de andre testede materialene.
Etter en dags testing av 316L under disse forholdene var det dannet uløselige korrosjonsprodukter som forbrukte vesentlig mengder HF. Dette betyr at testforholdene for dette materialet forandret seg under eksponeringen og sannsynligvis ble mindre etsende. Vekttapet for legering 316L anses derfor for å være betydelig høyere enn resultatet på Figur 1, og estimeres til mer enn 0,8 mm/år. Dette materialet (rustfritt stål type 316L) må derfor elimineres som konstruksjonsmateriale.
Av de testede materialene viser Legering 31 den beste korrosjonsmotstanden (lavest vekttap).
Alle testede høylegerte eller superaustenittiske rustfrie stålarter, dvs. legering 31, legering 28, 904L, 254 SMO, viser begrenset korrosjon og egner seg som konstruksjonsmateriale.
Når det gjelder membranforurensningen er legering 31 og legering 28 best egnet som konstruksjonsmateriale (lavest frigjøring av kationer).
Alle de egnede materialene (legering 31, legering 28, 254 SMO og 904L) viser profiler som jevner seg ut som funksjon av tiden.
Dette tyder på at konsentrasjonen av forurensninger er lav og sannsynligvis kan kontrolleres ved at prosessvannet kontinuerlig tappes ut og erstattes og/eller ved rensing av vannet.
Claims (7)
1.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål der den kjemiske sammensetningen innbefatter 10-31,0 vekt-% nikkel, 10-27,3 vekt-% krom, 30-52,8 vekt-% jern, og høyst 17 vekt% av et annet eller andre grunnstoff valgt blant N, Mn, Mo, Cu, Nb, Ti, V, Ce, B, W, Si og Co, som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljø som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen.
2.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1,
der den nevnte sammensetningen innbefatter 0,5 - 2 vekt-% kobber.
3.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1,
der den nevnte sammensetningen innbefatter 3-8 vekt-% molybden
4.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1,
der den nevnte sammensetningen innbefatter høyst 12,5 vekt-% av et annet eller andre grunnstoffer.
5.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1,
der den nevnte sammensetningen innbefatter høyst 12 vekt-% av et annet eller andre grunnstoffer.
6.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1, 2 eller 3,
der den nevnte sammensetningen innbefatter høyst 9 vekt-% av et annet eller andre grunnstoffer.
7.
Anvendelse av et austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1-6 i et elektrolyseapparat som innbefatter et hus og en cellestakk som har minst én elektrokjemisk celle for elektrolyse av vann mellom 5 og 100°C når trykket ligger mellom atmosfæretrykk og 50 bar, hvor nevnte hus og andre konstruksjonsdeler av nevnte elektrolyseapparat er utsatt for et miljø som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen.
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20063008A NO332412B1 (no) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen |
| EP07793900A EP2044232A1 (en) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | Use of an austenitic stainless steel and an electrolyser made of such steel |
| PCT/NO2007/000235 WO2008002150A1 (en) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | Use of an austenitic stainless steel and an electrolyser made of such steel |
| KR1020097001722A KR20090031926A (ko) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | 오스테나이트계 스테인리스 스틸의 용도 및 이러한 스틸로 만든 전해조 |
| CNA2007800237706A CN101490299A (zh) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | 奥氏体不锈钢的用途及用这种钢制成的电解槽 |
| US12/308,895 US20100133096A1 (en) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | Use of Austenitic Stainless Steel as Construction Material in a Device or Structural Component Which is Exposed to an Oxygen and/or Hydrogen and/or Hydrofluoric Acid Environment |
| CA002661664A CA2661664A1 (en) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | Use of an austenitic stainless steel and an electrolyser made of such steel |
| JP2009518023A JP2009542907A (ja) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | オーステナイト系ステンレス鋼の使用及びこのような鋼から製造される電解槽 |
| RU2009102644/02A RU2457271C2 (ru) | 2006-06-28 | 2007-06-27 | Применение конструкционного материала и электролизера, изготовленного из такого материала |
| ZA200900599A ZA200900599B (en) | 2006-06-28 | 2007-07-27 | Use of an austenitic stainless steel and an electrolyser made of such steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20063008A NO332412B1 (no) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20063008L NO20063008L (no) | 2008-01-02 |
| NO332412B1 true NO332412B1 (no) | 2012-09-17 |
Family
ID=38845828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20063008A NO332412B1 (no) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100133096A1 (no) |
| EP (1) | EP2044232A1 (no) |
| JP (1) | JP2009542907A (no) |
| KR (1) | KR20090031926A (no) |
| CN (1) | CN101490299A (no) |
| CA (1) | CA2661664A1 (no) |
| NO (1) | NO332412B1 (no) |
| RU (1) | RU2457271C2 (no) |
| WO (1) | WO2008002150A1 (no) |
| ZA (1) | ZA200900599B (no) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009035440A1 (de) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff |
| UA111115C2 (uk) | 2012-04-02 | 2016-03-25 | Ейкей Стіл Пропертіс, Інк. | Рентабельна феритна нержавіюча сталь |
| KR101888300B1 (ko) * | 2016-03-21 | 2018-08-16 | 포항공과대학교 산학협력단 | Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4342188C2 (de) * | 1993-12-10 | 1998-06-04 | Bayer Ag | Austenitische Legierungen und deren Verwendung |
| RU2095458C1 (ru) * | 1994-11-30 | 1997-11-10 | Байдуганов Александр Меркурьевич | Жаропрочный сплав |
| RU94041550A (ru) * | 1994-11-30 | 1996-10-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "НЕФТЕМАШ" | Жаропрочный сплав |
| DE10045683C2 (de) * | 2000-09-15 | 2002-09-05 | Draegerwerk Ag | Elektrochemischer Sauerstoffkonzentrator |
| SE525252C2 (sv) * | 2001-11-22 | 2005-01-11 | Sandvik Ab | Superaustenitiskt rostfritt stål samt användning av detta stål |
| CN1833043B (zh) * | 2003-06-10 | 2010-09-22 | 住友金属工业株式会社 | 氢气用奥氏体不锈钢及其制造方法 |
| JP2005023353A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高温水環境用オーステナイトステンレス鋼 |
| JP2005298939A (ja) * | 2004-04-15 | 2005-10-27 | Jfe Steel Kk | 耐食性および電気伝導性に優れるステンレス鋼板 |
| JP4450701B2 (ja) * | 2004-09-01 | 2010-04-14 | 日新製鋼株式会社 | 耐遅れ破壊性に優れる高強度ステンレス鋼帯及びその製造方法 |
| KR101015899B1 (ko) * | 2004-12-22 | 2011-02-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 금속제 분리판 |
-
2006
- 2006-06-28 NO NO20063008A patent/NO332412B1/no not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-06-27 RU RU2009102644/02A patent/RU2457271C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-06-27 CN CNA2007800237706A patent/CN101490299A/zh active Pending
- 2007-06-27 CA CA002661664A patent/CA2661664A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-27 JP JP2009518023A patent/JP2009542907A/ja active Pending
- 2007-06-27 WO PCT/NO2007/000235 patent/WO2008002150A1/en active Application Filing
- 2007-06-27 US US12/308,895 patent/US20100133096A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-27 EP EP07793900A patent/EP2044232A1/en not_active Withdrawn
- 2007-06-27 KR KR1020097001722A patent/KR20090031926A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-07-27 ZA ZA200900599A patent/ZA200900599B/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100133096A1 (en) | 2010-06-03 |
| KR20090031926A (ko) | 2009-03-30 |
| NO20063008L (no) | 2008-01-02 |
| CA2661664A1 (en) | 2008-01-03 |
| JP2009542907A (ja) | 2009-12-03 |
| EP2044232A1 (en) | 2009-04-08 |
| RU2009102644A (ru) | 2010-08-10 |
| CN101490299A (zh) | 2009-07-22 |
| RU2457271C2 (ru) | 2012-07-27 |
| WO2008002150A1 (en) | 2008-01-03 |
| ZA200900599B (en) | 2010-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nikiforov et al. | Corrosion behaviour of construction materials for high temperature steam electrolysers | |
| Arioka et al. | Intergranular stress corrosion cracking growth behavior of Ni-Cr-Fe alloys in pressurized water reactor primary water | |
| Schutz | Corrosion of titanium and titanium alloys | |
| Pancheva et al. | Study into the influence of concentration of ions of chlorine and temperature of circulating water on the corrosion stability of carbon steel and cast iron | |
| NO332412B1 (no) | Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen | |
| He et al. | Corrosion of similar and dissimilar metal crevices in the engineered barrier system of a potential nuclear waste repository | |
| Liberatore et al. | Materials resistance to corrosion by I2–HI–H2O mixtures for the realization of a sulfur-iodine plant | |
| Khobragade et al. | Effect of dissolved oxygen on the corrosion behavior of 304 SS in 0.1 N nitric acid containing chloride | |
| Evans et al. | Passivity of Alloy 22 in concentrated electrolytes. Effect of temperature and solution composition | |
| Mishra | Performance of Corrosion-Resistant Alloys in Individual and Mixed Acids | |
| Rebak et al. | Susceptibility of Welded and Non-Welded Titanium Alloys to Environmentally Assisted Cracking in Simulated Concentrated Ground Waters | |
| US20230340678A1 (en) | Super electrochemical corrosion-resistant bilayer passive film structure and stainless steel suitable for water electrolysis industry | |
| Hirschfeld et al. | Stress corrosion cracking behaviour of stainless steels with respect to their use in architecture, part 1: corrosion in the active state | |
| Kivisäkk | Corrosion testing of heat exchanger tubing | |
| Alnegren | Oxidation behavior of selected FeCr alloys in environments relevant for solid oxide electrolysis applications | |
| Peultier et al. | New trends in selection of metallic material for desalination industry | |
| Nabhani et al. | Electrochemical Behaviour of Low Carbon Steel in Aqueous Solutions. | |
| Kivisäkk | Significance of activation of test specimens for the determination of iso-corrosion curves of stainless steels | |
| Fernández et al. | Anodic and Cathodic Protection Assessment on Chloride Molten Salts for the Next Generation of CSP Plants | |
| Rodríguez et al. | Long Term Electrochemical Behavior of Creviced and Non-Creviced Alloy 22 in CaCl2+ Ca (NO3) 2 Brines at 155 C | |
| Larché et al. | Localized Corrosion of High-Grade Stainless Steels: Grade Selection in Chlorinated Seawater | |
| Peultier et al. | Duplex and Superduplex stainless steel grades for wet flue gas desulphurisation systems | |
| Chasse | A study on the mechanism of stress corrosion cracking of duplex stainless steels in hot alkaline-sulfide solution | |
| Torres Rodriguez et al. | Use of the Critical Acidification Model to Estimate the Influence of W in the Localized Corrosion Resistance of 25Cr Super Duplex Stainless Steels | |
| Estill et al. | Long-term corrosion behavior of alloy 22 in 5 M CaCl2 at 120 C |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: NEL HYDROGEN AS, NO |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |