RU2310698C2 - Оксидированные сплавы, устойчивые к коррозии с металлическим пылеобразованием - Google Patents

Оксидированные сплавы, устойчивые к коррозии с металлическим пылеобразованием Download PDF

Info

Publication number
RU2310698C2
RU2310698C2 RU2004126946/02A RU2004126946A RU2310698C2 RU 2310698 C2 RU2310698 C2 RU 2310698C2 RU 2004126946/02 A RU2004126946/02 A RU 2004126946/02A RU 2004126946 A RU2004126946 A RU 2004126946A RU 2310698 C2 RU2310698 C2 RU 2310698C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
manganese
chromium
carbon
oxide
Prior art date
Application number
RU2004126946/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004126946A (ru
Inventor
Трайкур А. РАМАНАРАЙАНАН (US)
Трайкур А. РАМАНАРАЙАНАН
ЧангМин САН (US)
ЧангМин САН
Original Assignee
ЭкссонМобил Рисерч энд Энджиниринг Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЭкссонМобил Рисерч энд Энджиниринг Компани filed Critical ЭкссонМобил Рисерч энд Энджиниринг Компани
Publication of RU2004126946A publication Critical patent/RU2004126946A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2310698C2 publication Critical patent/RU2310698C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/16—Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
    • 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
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/12—Oxidising using elemental oxygen or ozone
    • C23C8/14—Oxidising of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • C23C8/16—Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
    • C23C8/18—Oxidising of ferrous surfaces
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12542—More than one such component
    • Y10T428/12549—Adjacent to each other
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12583—Component contains compound of adjacent metal
    • Y10T428/1259—Oxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к составу материала, устойчивого к коррозии с металлическим пылеобразованием, а также к способу получения этого материала в случае реакторных материалов, подвергшихся воздействию сред, перенасыщенных углеродом. Материал включает сплав и защитное оксидное покрытие на сплаве. Защитное оксидное покрытие содержит по меньшей мере два оксидных слоя, первый из которых, самый удаленный от поверхности сплава, выполнен из оксида марганца. Сплав содержит основные металлы, включающие железо, никель и кобальт, и легирующие металлы, включающие хром и марганец, при этом концентрация марганца составляет по меньшей мере 10 мас.%, концентрация хрома составляет по меньшей мере 25 мас.%. Совокупное содержание хрома и марганца составляет не меньше 40 мас.%. Предложенный материал и способ его получения позволяют повысить устойчивость к коррозии с металлическим пылеобразованием реакторных материалов в перенасыщенных углеродом средах. 2 з. и 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Description

Область техники
Изобретение касается способа регулирования коррозии с металлическим пылеобразованием в случае реакторных материалов, подвергающихся воздействию сред, перенасыщенных углеродом, а также относится к составу материала.
Уровень техники
Во многих процессах конверсии углеводородов, таких как, например, конверсия СН4 до синтетического газа, сталкиваются с тем, что окружающие среды имеют высокую активность углерода и относительно низкую активность кислорода. Материалы для высокотемпературных реакторов и материалы для теплообменников, используемые в таких процессах, могут разрушаться при эксплуатации под действием очень агрессивного вида коррозии, известного как металлическое пылеобразование.
Металлическое пылеобразование - это очень разрушительная форма коррозии, которой подвержены сплавы на основе Fe, Ni и Со при температуре в интервале от 400 до 900°С, в средах, перенасыщенных углеродом (активность углерода >1), и с относительно низким (приблизительно от 10-10 до 10-20 атмосфер) парциальным давлением кислорода. Эта форма коррозии характеризуется распадением кускового металла с образованием металлического порошка. Несмотря на то, что многие доступные коммерческие сплавы разработаны так, чтобы формировать защитные пленки из Cr2O3 или Al2О3 в средах с низким парциальным давлением кислорода, образование центров кристаллизации и кинетика роста этих оксидов зачастую не настолько высоки, чтобы блокировать проникновение углерода в случае сред с активностью углерода свыше единицы.
Описанные в литературе методики регулирования коррозии с металлическим пылеобразованием включают применение поверхностных покрытий и газообразных ингибиторов, особенно Н2S. Покрытия могут разрушаться из-за диффузии составляющих покрытия в подложку из сплава. Таким образом, хотя покрытия и представляют собой жизнеспособный подход к решению задачи в случае кратковременной защиты, в целом, их нельзя рекомендовать для условий долговременной службы на период 20 и более лет. Ингибирование H2S имеет два недостатка. Во-первых, H2S имеет тенденцию к отравлению большинства катализаторов, применяемых в процессах конверсии углеводородов. Кроме того, H2S следует удалять из выходящего потока, что может существенно повысить стоимость самого процесса.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в материале, устойчивом к коррозии с металлическим пылеобразованием в перенасыщенных углеродом (активность углерода >1) средах с низким (приблизительно от 10-10 до 10-20 атмосфер) парциальным давлением кислорода.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к материалу, устойчивому к металлическому пылеобразованию, и включающему (а) сплав, способный формировать защитное оксидное покрытие на собственной поверхности под воздействием сред, перенасыщенных углеродом, (б) защитное оксидное покрытие, включающее на поверхности указанного сплава по меньшей мере два слоя, которые сформированы под воздействием способствующих металлическому пылеобразованию сред с низким парциальным давлением кислорода. Наружный слой, также называемый первым слоем (слоем, контактирующим с перенасыщенной углеродом средой, или самым удаленным от сплава слоем), изготовлен из термодинамически стабильного оксида, который может быстро спрятать поверхность сплава и блокировать поступление углерода в сплав. Первым слоем является термодинамически стабильный оксид марганца, который формируется быстрее, чем углерод, в перенасыщенной им среде, способен проникнуть в поверхность сплава. Поэтому оксид марганца относят к быстро формирующемуся слою. Под слоем оксида марганца второй слой (здесь он назван вторым оксидным слоем) формируется или одновременно с формированием указанного слоя марганца, или вслед за ним. Второй слой защитного оксидного покрытия представляет собой оксидную пленку, которая создается под слоем оксида марганца и примыкает к слою оксида марганца, а ее состав зависит от состава сплава, из которого она формируется. Следовательно, изобретение относится к устойчивому к коррозии с металлическим пылеобразованием материалу, включающему (а) сплав и (б) защитное оксидное покрытие на указанном сплаве, где указанное защитное оксидное покрытие включает по меньшей мере два оксидных слоя, из которых первый оксидный слой - это слой оксида марганца, а указанный сплав включает легирующие металлы и основные металлы, причем указанные легирующие металлы включают смесь хрома и марганца, а указанные основные металлы включают железо, никель и кобальт, при этом указанный марганец присутствует в указанном сплаве в концентрации по меньшей мере примерно 10 мас.% Mn, а указанный хром присутствует в указанном сплаве в концентрации по меньшей мере примерно 25 мас.% Cr, причем совокупное количество хрома и марганца составляет ≥40 мас.%, а указанный первый оксидный слой - это самый удаленный от указанной поверхности сплава слой.
Защитное оксидное покрытие можно сформировать in situ во время использования сплава в среде, перенасыщенной углеродом, или можно приготовить его, подвергнув сплав перед применением воздействию среды, перенасыщенной углеродом. Преимуществом данного изобретения является то, что в случае растрескивания защитного оксидного слоя при использовании сплава в среде, перенасыщенной углеродом, защитное покрытие сформируется в трещине и залечит оксидные слои, защищая, тем самым, при использовании сплав от металлического пылеобразования.
Изобретение также охватывает способ предотвращения металлического пылеобразования на металлических поверхностях, подвергающихся воздействию сред, перенасыщенных углеродом; этот способ включает создание указанной металлической поверхности из материала, устойчивого к металлическому пылеобразованию, или нанесение на указанные металлические поверхности покрытия из такого устойчивого к металлическому пылеобразованию материала, включающего металлический сплав, включающий легирующие металлы и основные металлы, причем указанные легирующие металлы включают смесь хрома и марганца, а указанные основные металлы включают железо, никель и кобальт, при этом марганец присутствует в указанном сплаве в концентрации по меньшей мере примерно 10 мас., % Mn, а указанный хром присутствует в указанном сплаве в концентрации по меньшей мере примерно 25 мас.% Cr, причем совокупное количество хрома и марганца составляет ≥40 мас.%, а указанный первый оксидный слой - это самый удаленный от поверхности сплава слой.
Металлические поверхности могут быть созданы из этого сплава или покрыты этим сплавом, а описанная выше защитная оксидная пленка сформируется in situ во время работы установки в среде, перенасыщенной углеродом.
Поэтому изобретение также охватывает защитное оксидное покрытие, включающее по меньшей мере два оксидных слоя, где первый слой - это слой оксида марганца, причем указанный первый слой - это слой на указанном сплаве, являющийся самым удаленным от указанного сплава слоем.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведено выполненное с помощью электронной сканирующей микроскопии изображение двухслойной оксидной защитной пленки на сплаве, в составе которого 20,1 Fe, 39,4 Ni, 10,0 Mn, 30,5 Cr, после металлического пылеобразования при 650°С в течение 160 часов в среде 50 CO-50 Н2.
Осуществление изобретения
Сплавы, на которых сформированы описанные в данной заявке защитные пленки, включают сплавы, содержащие сочетание как хрома, так и марганца. Хром и марганец в данном контексте называют легирующими элементами. Помимо этих легирующих элементов, сплавы содержит основные металлы. Основные металлы формируют большую часть сплава и, следовательно, присутствуют в количествах свыше примерно 44% от общего количества сплава. Таким образом, кроме хрома и марганца, в сплавах могут присутствовать другие металлы, называемые в контексте данной заявки основными металлами, включая железо, никель, кобальт и их смеси. В сплавах также могут присутствовать дополнительные легирующие элементы, такие как кремний и алюминий. Предпочтительно использовать Fe-Ni-Mn-Cr сплавы.
Основные металлы, формирующие сплавы в контексте данной заявки, выбирают из железа, никеля и кобальта, а также из смесей этих трех элементов. Основные металлы могут присутствовать в любом сочетании или для формирования сплавов можно применять единственный основной металл.
Сплавы по данному изобретению можно применять для конструирования поверхностей установок, которые будут подвергаться воздействию сред, способствующих металлическому пылеобразованию, или можно уже существующие поверхности, поддающиеся металлическому пылеобразованию, покрывать такими сплавами при помощи методик, известных специалистам. Например, можно применять такие методики, как термическое напыление, плазменное осаждение, химическое осаждение из газовой фазы и металлизация напылением. Следовательно, нефтеперерабатывающие установки можно либо конструировать из описанных в данной заявке сплавов, или наносить на них покрытие их таких сплавов, при этом защитную оксидную пленку формируют или во время использования установки, или перед использованием установки.
При использовании их в качестве покрытий на существующих поверхностях, толщина такого покрытия будет находиться в интервале от примерно 10 мкм до примерно 200 мкм, предпочтительно от примерно 50 мкм до примерно 100 мкм.
Поверхности, которые получат преимущества от использования данного изобретения, включают поверхности любых установок или реакционных систем, которые при эксплуатации контактируют со средами, перенасыщенными углеродом, включая поверхности реакторов, теплообменников, трубопроводов и т.д.
Описанные в данной заявке защитные покрытия или пленки на поверхностях сплавов формируются на таком сплаве под воздействием среды, способствующей металлическому пылеобразованию, такой среды как смесь 50 CO:50 H2. Следовательно, защитные покрытия можно формировать во время применения сплавов в условиях реакции, при которой сплавы подвергаются воздействию сред, способствующих металлическому пылеобразованию, или перед таким применением. Предпочтительный интервал температуры составляет от примерно 350°С до примерно 1050°С, предпочтительно от примерно 550°С до примерно 1050°С, типичное время воздействия может находиться в интервале от примерно 1 часа до примерно 200 часов, предпочтительно от примерно 1 часа до примерно 100 часов.
Далее приведены примеры, которые носят иллюстративный характер и не ограничивают данное изобретение.
Примеры
Электродуговой плавкой приготовили сплавы с различной концентрацией Fe, Ni, Mn и Со. Полученные электродуговой плавкой сплавы прокатали в тонкие листы толщиной примерно 1/16 дюйма (0,159 см). Листы отжигали всю ночь при температуре 1100°С в атмосфере инертного аргона и охлаждали в печи до комнатной температуры. Из этих листов затем вырезали образцы прямоугольной формы размером 0,5 дюйма×0,25 дюйма (1,27 см×0,635 см). Поверхности образцов полировали или до состояния поверхности со степенью шероховатости 600, или до состояния поверхности Linde В (порошок оксида алюминия 0,05 мкм) и промывали в ацетоне. Образцы всех металлов, используемых в экспериментах по металлическому пылеобразованию, анализировали посредством энергодисперсионного рентгеновского спектроскопа, подсоединенного к сканирующему электронному микроскопу. Результаты химического анализа представлены в табл.1.
Таблица 1
Увеличение массы за счет осаждения углерода (единица измерения коррозии с металлическим пылеобразованием) на окончательно обработанных поверхностях Linde В разнообразных Fe-Ni-Mn-Cr сплавов при 550°С и 650°С, в условиях газовой смеси 50 CO-50 Н2 после 160 часов коррозии
Состав сплава, мас.% Количество (Mn+Cr), мас.% Увеличение массы (мг/см2) при 550°С Увеличение массы (мг/см2) при 650°С
30,4 Fe; 30,4 Ni; 14,7 Mn; 24,5 Cr 39,2 118,0~122,0 90,0~95,0
20 Fe; 40,5 Ni; 14,9 Mn; 24,6 Cr 39,5 65,0~67,0 28,0~32,0
20,1 Fe; 39,4 Ni; 10,0 Mn; 30,5 Cr 40,5 21,0~24,0 углерод отсутствует
30,0 Fe; 29,5 Ni; 10,2 Mn; 30,3 Cr 40,5 17,0~19,0 углерод отсутствует
19,7 Fe; 32,9 Ni; 14,4 Mn; 33,0 Cr 47,4 0,7~0,9 углерод отсутствует
14,8 Fe; 39,3 Ni; 14,9 Mn; 31,0 Cr 45,9 0,5~0,9 углерод отсутствует
45,0 Fe; 29,5 Mn; 25,5 Cr 55,0 0,2~0,5 углерод отсутствует
24,9 Fe; 19,6 Ni; 28,9 Mn; 26,6 Cr 55,5 0,7~1,2 углерод отсутствует
59,8 Ni; 14,0 Mn; 26,2 Cr 40,2 1,2~1,7 углерод отсутствует
7 Fe; 77 Ni; 16 Cr (ln 600)*   120,0~130,0 60,0~65,0
20 Fe; 45 Ni; 35 Cr (35/45)**   230,0~250,0 140,0~160,0
* - Сплав инконель 600 (N06600)
** - Сплав, устойчивый к науглероживанию, 35/45 (KHR-45A)
Образцы подвергали воздействию газообразной среды 50 CO-50 Н2 в течение 160 часов, Это особо агрессивная смесь газов, в которой большинство высокотемпературных сплавов подвергается металлическому пылеобразованию. Несколько отобранных для испытаний коммерческих сплавов также подвергали воздействию тех же самых условий.
Тщательная электронная микроскопия подвергшихся исследованиям сплавов показала, что определенные составы сплавов в системе Fe-Ni-Mn-Cr устойчивы к коррозии с металлическим пылеобразованием. Было определено, что двухслойная защитная оксидная пленка, состоящая из наружного MnO слоя и внутреннего MnCr2O4 слоя, является причиной, указанной выше, стойкости к металлическому пылеобразованию. На фиг.1 показано выполненное с помощью электронной сканирующей микроскопии изображение двухслойной защитной пленки на сплаве состава 20,1 Fe; 39,4 Ni; 10,0 Mn; 30,5 Cr после воздействия перенасыщенной углеродом среды (50 CO-50 Н2), способствующей металлическому пылеобразованию, приблизительно при 650°С в течение 160 часов. На поверхности образца не наблюдали осаждения углерода, которое всегда сопровождает коррозию с металлическим пылеобразованием. Устойчивый к науглероживанию коммерческий сплав состава, указанного на фиг.2, пострадал в результате обширного металлического пылеобразования. Выполненное с помощью электронной сканирующей микроскопии изображение, приведенное на фиг.2, демонстрирует точечную морфологию коррелированных областей после металлического пылеобразования при 650°С в течение 160 часов в среде 50 CO-50 Н2, что представляет собой отличительную черту металлического пылеобразования. На фиг.2 также видно осаждение углерода, неизменно сопровождающее такое воздействие.
В табл.1 показана стойкость Fe-Ni-Mn-Cr сплавов к коррозии с металлическим пылеобразованием при температуре 550°С и 650°С. Поскольку металлическое пылеобразование обычно сопровождается осаждением углерода, в качестве единицы измерения коррозии с металлическим пылеобразованием можно использовать увеличение массы, обусловленное осаждением углерода. Определяли увеличение массы разнообразных Fe-Ni-Mn-Cr сплавов с состоянием поверхности, отвечающим Linde В, после корродирования в смеси газов 50 CO-50 Н2 в течение 160 часов при 550°С и 650°С соответственно.

Claims (4)

1. Материал, устойчивый к коррозии с металлическим пылеобразованием, включающий сплав и защитное оксидное покрытие на указанном сплаве, при этом защитное оксидное покрытие содержит по меньшей мере два оксидных слоя, первый из которых, самый удаленный от поверхности сплава, выполнен из оксида марганца, а сплав содержит основные металлы, включающие железо, никель и кобальт, и легирующие металлы, включающие хром и марганец, при этом концентрация марганца составляет по меньшей мере 10 мас.%, концентрация хрома составляет по меньшей мере 25 мас.%, причем совокупное содержание хрома и марганца составляет не меньше 40 мас.%.
2. Способ получения материала, устойчивого к коррозии с металлическим пылеобразованием при воздействии перенасыщенных углеродом сред, включающий создание металлической поверхности из металлического сплава, содержащего основные металлы, включающие железо, никель и кобальт, и легирующие металлы, включающие хром и марганец, при этом концентрация марганца в сплаве составляет по меньшей мере 10 мас.%, концентрация хрома - по меньшей мере 25 мас.%, при этом совокупное содержание хрома и марганца составляет не меньше 40 мас.%, и защитное оксидное покрытие, содержащее первый оксидный слой из оксида марганца, являющийся самым удаленным от поверхности сплава слоем.
3. Способ по п.2, в котором защитное покрытие содержит второй оксидный слой.
4. Способ по п.3, в котором защитное оксидное покрытие формируют во время использования сплава в перенасыщенной углеродом среде, способствующей металлическому пылеобразованию.
RU2004126946/02A 2002-03-15 2003-02-21 Оксидированные сплавы, устойчивые к коррозии с металлическим пылеобразованием RU2310698C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/099,362 US6692838B2 (en) 2002-03-15 2002-03-15 Metal dusting resistant alloys
US10/099,362 2002-03-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004126946A RU2004126946A (ru) 2005-06-27
RU2310698C2 true RU2310698C2 (ru) 2007-11-20

Family

ID=28039570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004126946/02A RU2310698C2 (ru) 2002-03-15 2003-02-21 Оксидированные сплавы, устойчивые к коррозии с металлическим пылеобразованием

Country Status (11)

Country Link
US (1) US6692838B2 (ru)
EP (1) EP1516073B1 (ru)
JP (1) JP2005523382A (ru)
KR (1) KR20040102041A (ru)
CN (1) CN1300358C (ru)
AT (1) ATE327350T1 (ru)
AU (1) AU2003225590B2 (ru)
DE (1) DE60305492T2 (ru)
ES (1) ES2266841T3 (ru)
RU (1) RU2310698C2 (ru)
WO (1) WO2003078673A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8029914B2 (en) * 2005-05-10 2011-10-04 Exxonmobile Research And Engineering Company High performance coated material with improved metal dusting corrosion resistance
US7354660B2 (en) * 2005-05-10 2008-04-08 Exxonmobil Research And Engineering Company High performance alloys with improved metal dusting corrosion resistance
US7556675B2 (en) * 2005-10-11 2009-07-07 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant control in ion transport membrane systems
CA2634252A1 (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Exxonmobil Research And Engineering Company Corrosion resistant material for reduced fouling, heat transfer component with improved corrosion and fouling resistance, and method for reducing fouling
US8201619B2 (en) * 2005-12-21 2012-06-19 Exxonmobil Research & Engineering Company Corrosion resistant material for reduced fouling, a heat transfer component having reduced fouling and a method for reducing fouling in a refinery
WO2008010965A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Exxonmobil Research And Engineering Company High performance coated material with improved metal dusting corrosion resistance
WO2014103728A1 (ja) * 2012-12-27 2014-07-03 昭和電工株式会社 成膜装置
US20160194753A1 (en) * 2012-12-27 2016-07-07 Showa Denko K.K. SiC-FILM FORMATION DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING SiC FILM
ES2708984A1 (es) 2017-09-22 2019-04-12 Haldor Topsoe As Quemador para un reactor catalítico con revestimiento de slurry con alta resistencia a la desintegración en polvo métalico

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2378916A (en) * 1941-07-12 1945-06-26 Chicago Dev Co Manganese alloys
US4560408A (en) * 1983-06-10 1985-12-24 Santrade Limited Method of using chromium-nickel-manganese-iron alloy with austenitic structure in sulphurous environment at high temperature
DE3438339C1 (de) 1984-10-19 1986-01-30 Nukem Gmbh, 6450 Hanau Verfahren zur Herstellung von Konstruktionsteilen fuer gasfoermige Wasserstoffisotope enthaltende Medien
FR2691478B1 (fr) * 1992-05-22 1995-02-17 Neyrpic Revêtements métalliques à base d'alliages amorphes résistant à l'usure et à la corrosion, rubans obtenus à partir de ces alliages, procédé d'obtention et applications aux revêtements antiusure pour matériel hydraulique.
FR2721622B1 (fr) * 1994-06-24 1997-11-21 Inst Francais Du Petrole Méthode de passivation de pièces métalliques en super-alliage à base de nickel et de fer.
CA2164020C (en) 1995-02-13 2007-08-07 Leslie Wilfred Benum Treatment of furnace tubes
JP4042362B2 (ja) 2000-08-11 2008-02-06 住友金属工業株式会社 Ｎｉ基合金製品とその製造方法
US6475310B1 (en) 2000-10-10 2002-11-05 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Oxidation resistant alloys, method for producing oxidation resistant alloys

Also Published As

Publication number Publication date
DE60305492D1 (de) 2006-06-29
CN1300358C (zh) 2007-02-14
WO2003078673A1 (en) 2003-09-25
US20030175544A1 (en) 2003-09-18
KR20040102041A (ko) 2004-12-03
DE60305492T2 (de) 2007-05-03
CN1643173A (zh) 2005-07-20
US6692838B2 (en) 2004-02-17
AU2003225590A1 (en) 2003-09-29
EP1516073B1 (en) 2006-05-24
ES2266841T3 (es) 2007-03-01
RU2004126946A (ru) 2005-06-27
EP1516073A1 (en) 2005-03-23
ATE327350T1 (de) 2006-06-15
JP2005523382A (ja) 2005-08-04
AU2003225590B2 (en) 2007-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2622895C (en) High performance alloys with improved metal dusting corrosion resistance
RU2310698C2 (ru) Оксидированные сплавы, устойчивые к коррозии с металлическим пылеобразованием
KR20060130202A (ko) 합금 표면을 형성하는 금속 더스팅 내성의 안정한 탄화물
JP5112596B2 (ja) ステンレス鋼マトリックスの表面
Chun et al. Metal dusting corrosion of austenitic 304 stainless steel
CA2452097C (en) Metal dusting resistant copper based alloy surfaces
Lee et al. High temperature oxidation of a Nb–Al–Si coating sputter-deposited on titanium
Shirvani et al. The effect of aluminide coating on the steam oxidation behavior of SS321 steel at 700° C
Saaedi et al. Corrosion resistance of Ni‐50Cr HVOF coatings on 310S alloy substrates in a metal dusting atmosphere
Wang et al. Effect of a localized thermal treatment process on the electrochemical behaviour of thermally sprayed nickel-based alloy
Singh et al. Characterisation of high temperature oxide scales for plasma sprayed NiCrAlY coated Ni‐and Fe‐based superalloys
Green et al. The effectiveness of aluminizing in protecting iron-base alloys in sulphidizing gases at high temperature
Natesan et al. Metal dusting behavior of coatings.
Millward et al. Burn-off of filamentous carbon and subsequent re-deposition on a 20Cr25Ni austenitic steel
Elliott et al. Burner rig trials with nickel-and cobalt-base alloys
STRÜBBE et al. HIGH TEMPERATURE THERMOCYCLIC BEHAVIOUR OF A PREOXIDIZED NI-BASE
ZA200606415B (en) Metal dusting resistant stable-carbide forming alloy surfaces
MXPA06007411A (en) Metal dusting resistant stable-carbide forming alloy surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090222