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高温气体环境中不锈钢管的腐蚀形式:氧化、脱碳、氢化、硫化等

作者:admin 发布时间:2021-09-23 09:56:32点击:


化学腐蚀不像电化学腐蚀那么普遍和严重,但在高温环境下是不容忽视的问题。下面简单介绍几种常见的化学腐蚀。

一、不锈钢管高温气体腐蚀。

这是一种主要的化学腐蚀,如不锈钢管在冶炼和轧制过程中的氧化剥离;化中硫铁矿炉的腐蚀石漓工业中高温炉管和核工业设备的高温氧化等,这些都是不锈钢管的高温气体腐蚀。在高温气体环境中的不锈钢管,不但要具有耐热性能.良好的机械性能,而且要有耐腐蚀性能,不受高温气体的氧化。

不锈钢管是用途广泛的金属材料,在高温气体环境中容易被腐蚀。生产实际上常见的腐蚀形式如下:

    1.形成氧化皮    当不锈钢管在空气中被加热时,如果温度低于600℃,氧化速度较慢;但是当温度高于800℃时,氧化迅速加快。因为高温时所生成的氧化皮致密性不好,与金属基体的结合不牢,容易剥落,保护性很差。这层氧化膜是由几层不同的化合物所构成的,如图1-3所示。

    2.钢的脱碳    钢是铁碳合金,碳可以渗碳体的形式存在。所谓不锈钢管温脱碳是指在高温气体的作用下,不锈钢管的表面在生成氧化皮的同时,与氧化膜连接的金属表面层会出现渗碳体减少的现象。因为当高温气体中含有O2.H2O.CO2.H2麦克斯等成分时,不锈钢管中的渗碳体Fe3C会对这些气体产生反应。因此,碳含量减少,金属表面硬度和抗机械疲劳强度(疲劳极限)减少。同时由于气体的析出,破坏了钢表面膜的完整性,使耐蚀性进一步降低。

3.氢蚀在高温高压的氢中,由于不锈钢管和氢发挥作用,机械强度大幅度降低,甚至破裂。例如石油裂解中的加氢和脱氢装置、合成氨和合成苯的设备,由于与氢相继而产生氢蚀。氢蚀的发生是因为氢沿着晶粒的边界向金属内部扩散(图1-4),发生了以下反应

Fe3C2H2=3FeCH4的基本过程是氢分子扩散到钢铁表面,被物理吸附,氢分子分解为氢原子,被钢铁表面化学吸附。由于氢原子小,能够穿过不锈钢管表层的晶界向钢的内部扩散,其中一产生上述化学反应。由于甲烷的生成和聚集,钢内局部高压和应力集中,晶粒边缘的破坏。又由于Fe3C向Fe的转变,其体积缩小0.7%,这样使钢的强度大大降低。

    4.硫化  不锈钢管和高温含硫介质(如硫.二氧化硫,硫化氢的气体)作用生成金属硫化物而变质的过程即为金属的高温硫化。高温硫化严重破坏炼油设备。硫化比氧化作用快,是因为硫化产生的硫化物不稳定,易分解,易剥落,结晶缺陷多,熔点.沸点低,保护性极差,许多不锈钢管无法忍受高温硫化氢的腐蚀。例如,不锈钢在600℃以上,低合金钢在300℃以上,高镍合金不耐硫化氢腐蚀。在采油、炼油和化工生产中,硫化氢对金属的腐蚀很严重。但铬.高铬合金和铝的抗硫化性能较好。

5.铸铁的成长铸铁含有大量石墨,放置在高温气体中时,由于腐蚀性气体(例如So2)沿石墨夹杂物和微裂缝渗入铸铁,在铸铁内部生成比消耗的金属体积大的化合物,铸铁尺寸成长,工件的几何尺寸变化,机械强度下降。

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