Високотемпературна корозия – механизми, материали и предотвратяване

Изтеглете описанието в pdf формат

Високотемпературна корозия обхваща процесите на химическо разрушаване на метали и сплави, протичащи при повишени температури под въздействието на горещи газове, пари, продукти от горенето, серни съединения, въглерод, азот, халогени, разтопени соли и други агресивни компоненти на околната среда.
За разлика от класическата корозия, протичаща във водна среда, високотемпературната корозия не изисква наличието на течен електролит.
Това може да се случи в сухи газове и технологични атмосфери при температури, при които химичните реакции и транспортът на елементи през слоевете от корозионни продукти протичат много бързо.
Най-често срещаната форма на високотемпературна корозия е окисление, но концепцията обхваща много повече механизми.
Най-важните включват:

• високотемпературно окисление,
• сулфуризация – сулфидиране,
• карбуризация – карбуризация,
• азотиране – нитриране,
• корозия в хлориращи атмосфери и халоген,
• корозия, причинена от разтопени соли и отлагания,
• гореща корозия,
• метално прахообразуване,
• вътрешно окисление и вътрешна карбуризация.

Високотемпературната корозия е един от основните критерии за избор на материали за промишлени пещи, енергийни инсталации, нефтохимически предприятия, рафинерии, риформери, горивни инсталации, топлообменници, котли, циментово оборудване и металургичната промишленост.

От каква температура говорим за високотемпературна корозия?

Няма единна универсална температурна граница.
В промишлената практика концепцията за високотемпературна корозия често се използва за процеси, протичащи при температури над приблизително 400 ° C, докато специални топлоустойчиви и устойчиви на пълзене стомани най-често се избират за дългосрочна експлоатация над приблизително 550 ° C.
Това ограничение обаче зависи от:

• вид материал,
• съставът на атмосферата,
• налягане,
• време на излагане,
• наличието на седименти и разтопени соли,
• цикли на отопление и охлаждане.

Някои изключително агресивни механизми могат да възникнат при температури, много по-ниски от типичните работни температури на промишлените пещи.

Топлоустойчивост и устойчивост на пълзене – те не са едно и също нещо

При избора на материал за високи температури трябва да се разграничат две основни понятия.
Устойчивост на топлина означава устойчивостта на материала на химическото действие на горещи газове и образуването на котлен камък.
Устойчивост на пълзене означава способността на материала да издържа на механични натоварвания за дълго време при високи температури, предимно съпротивление на пълзене.
Следователно материалът може да има:

• много добра устойчивост на топлина, но недостатъчна механична якост,
• добра устойчивост на пълзене, но недостатъчна устойчивост на специфични технологични атмосфери.

Следователно, материал за работа при висока температура не може да бъде избран единствено въз основа на максималната температура на окисление.
Трябва да се вземат предвид и пълзенето, структурната стабилност, натоварването, времето за работа и съставът на атмосферата.

Какво е високотемпературно окисление?

Когато металът се нагрява в атмосфера, съдържаща кислород, на повърхността му започва окислителна реакция.
С прости думи:
метал + кислород → метален оксид
В случай на желязо, може да се случи, наред с други, следното:

• FeO,
• Fe₃O₄,
• Fe₂O₃.

При високолегираните стомани обаче образуването на защитни оксиди на легиращи елементи е много по-важно, предимно:

• Cr₂O₃ – хромов оксид,
• Al₂O₃ – алуминиев оксид,
• да₂ – силициев оксид.

Способността на сплавта да образува компактен, стабилен и добре залепнал оксиден слой до голяма степен определя нейната топлоустойчивост.

Мащабът – кога защитава и кога разрушава?

Слоят от окислителни продукти, образуван върху повърхността на метала, се нарича мащаб.
Самото наличие на котлен камък не означава, че материалът е интензивно увреден.
Един добър защитен слой трябва да бъде:

• компактен,
• непрекъснат,
• без голям брой пори и пукнатини,
• добре свързана с основата,
• термодинамично стабилен,
• кислородните и металните йони са бавно пропускливи,
• устойчив на циклични температурни промени.

Ако котленият камък отговаря на тези условия, той действа като бариера, ограничаваща по-нататъшната реакция на материала с атмосферата.
Ако обаче се напука, отлепи, разхлаби или стане порест, се разкрива свеж метал и процесът на окисление започва отново.

Защо хромът увеличава устойчивостта на топлина?

Хромът е един от най-важните елементи, които повишават устойчивостта на стоманата на окисляване при висока температура.
При достатъчно високо съдържание на хром, върху повърхността на сплавта може да се образува компактен слой:
Cr₂O₃
Този слой значително ограничава транспорта на кислород в материала и транспорта на метални йони към повърхността.
С увеличаване на съдържанието на хром, устойчивостта на окисляване обикновено се увеличава.
Поради тази причина стоманите, предназначени за работа при високи температури, могат да съдържат около 18–25% Cr, а специалните високотемпературни сплави - дори повече.

Ролята на алуминия

алуминий може да създаде много стабилен слой:
Al₂O₃
т.е. алуминиев оксид.
Този слой е изключително ефективна бариера при много високи температури.
Поради тази причина алуминият се съдържа в много специални феритни стомани и никелови сплави, предназначени за екстремни условия.
Особено над около 1000°C слоеве на базата на Al₂O₃ може да осигури по-добра защита от класическия Cr слой₂O₃.

Ролята на силиция

Силиций често се увеличава умишлено при топлоустойчиви стомани.
Подпомага образуването на защитни слоеве, богати на SiO2₂ и може да намали скоростта на окисление.
Следователно, в жанрове като:

• 1.4828,
• 1.4841,
• 1.4835 / 253 MA

Съдържанието на силиций е по-високо, отколкото в типичните неръждаеми стомани, предназначени главно за употреба във водни среди.

Ролята на никела

Никел стабилизира аустенитната структура и е много важен за механичните свойства на материалите при високи температури.
Това увеличава, наред с други неща:

• стабилност на аустенитната структура,
• устойчивост на пълзене,
• устойчивост на карбуризация,
• устойчивост на много редуциращи атмосфери.

Високото съдържание на никел обаче не е полезно при всички условия.
В редуциращи атмосфери, съдържащи серни съединения, никелът може да образува нискотопими Ni-S съединения.
Следователно, материалите с високо съдържание на никел могат да бъдат много податливи на някои форми на сулфидация.

Ролята на редкоземните елементи

Малки добавки на церий, лантан, итрий или други реактивни елементи могат да окажат много силно влияние върху свойствата на котления камък.
Те подобряват, наред с други неща:

• адхезия на оксидния слой,
• устойчивост на разхлабване,
• устойчивост на циклично нагряване и охлаждане.

Пример за това е стоманата 1.4835 / 253 MA, съдържащ добавен церий.
Това позволява много добра устойчивост на циклично окисление, въпреки по-ниското съдържание на никел, отколкото в някои класически 25Cr-20Ni стомани.

Кинетика на окисление – защо котленият камък забавя корозията?

Ако образуваният оксиден слой е защитен, растежът на котления камък често се контролира чрез дифузия на елементи през съществуващия слой.
В много такива случаи скоростта на окисление може да бъде описана чрез зависимост, подобна на параболичния закон:
x² = k_p · т
където:

• x – дебелина на оксидния слой,
• k_p – константа на скоростта на окисление,
• t - време.

Това означава, че с увеличаване на дебелината на компактния слой, по-нататъшното окисление става по-бавно.
Ако обаче слоят е прекъснат, напука се или падне, защитният му характер се губи и скоростта на влошаване може да се увеличи значително.

Линейно и катастрофално окисление

Ако продуктите от корозията не образуват ефективна бариера, загубата на материал може да се увеличи приблизително линейно с времето.
Още по-опасна е ситуацията, при която защитните свойства на котления камък бързо се губят.
Този процес може да доведе до откъсващо се окисление, т.е. внезапен преход от бавно защитно окисление към много бързо разграждане.
Причините могат да включват:

• изчерпване на хром в повърхностния слой,
• напукване на котлен камък,
• разхлабване на оксиди,
• промяна на състава на атмосферата,
• превишаване на работната температура на материала.

Циклично отопление и охлаждане

Цикличните условия обикновено са по-взискателни от работата при постоянна температура.
Металът и котленият камък имат различни коефициенти на термично разширение.
По време на охлаждане и повторно нагряване в оксидния слой възникват напрежения.
Те могат да доведат до:

• напукване на котлен камък,
• разхлабването му,
• лющене,
• разкривайки пресен метал.

След като слоят падне, материалът трябва да го пресъздаде, като консумира допълнителни количества хром, алуминий или други легиращи елементи.
Следователно, максималната работна температура при непрекъснати условия може да не съответства непременно на безопасната работна температура при условия на чести термични цикли.

Влиянието на водните пари върху окислението

Атмосфера, съдържаща водна пара, може да бъде по-агресивна от сухия въздух.
Водната пара може:

• промяна на механизма на нарастване на мащаба,
• увеличаване на скоростта на окисление,
• нарушаване на адхезията на слоя,
• насърчават образуването на летливи хромови съединения при определени условия.

Следователно, допустимите температури в сух въздух не трябва автоматично да се приемат за водни пари или влажни технологични газове.

Сулфидация – корозия в атмосфери, съдържащи сяра

Сулфидация е високотемпературна реакция на материала със серни съединения.
Това може да се случи в атмосфери, съдържащи, наред с други:

• H₂S,
• SO₂,
• SO₃,
• серни пари,
• други серни съединения, присъстващи в технологичните газове и отработените газове.

Сулфидите обикновено са по-слабо защитни от съответните им оксиди.
Те могат да имат по-бърз темп на растеж, повече дефекти и по-ниска точка на топене.
В редуциращи атмосфери, съдържащи сяра, високото съдържание на никел може да бъде особено неблагоприятно.
Никелът може да образува нискотопими никел-серни съединения, което води до много бързо разграждане.
Следователно, в някои редуциращи серни атмосфери, феритните стомани, съдържащи високо съдържание на хром и малко или никакво съдържание на никел, могат да се представят по-добре от аустенитните стомани с високо съдържание на никел.

Окислителна и редукционна атмосфера

Един и същ материал може да се държи по съвсем различен начин в зависимост от кислородния потенциал на атмосферата.
В подходящо окислителна атмосфера може да се образува защитен хромов слой.₂O₃ или Ал₂O₃.
В силно редуцираща атмосфера количеството наличен кислород може да е твърде малко, за да поддържа непрекъснат защитен слой.
Тогава съпротивлението на материала зависи много по-пряко от неговия състав и устойчивост на:

• сулфуризация,
• карбуризация,
• азотиране,
• действие на водород,
• халогени.

Простото твърдение, че една атмосфера е „редуцираща“, не означава, че никой компонент на сплавта не може да се окисли. Хромът, силицийът и алуминият могат да образуват оксиди дори при много ниски кислородни потенциали.

Високотемпературно цементиране – цементация

Карбуризация включва проникването на въглерод в материала при работа в атмосфера с висока въглеродна активност.
Може да се появи, наред с други, в газове, съдържащи:

• CO,
• CH₄,
• други въглеводороди,
• реформинг газове,
• атмосфера на нефтохимически пещи.

Въглеродът дифундира в материала и реагира предимно с хром, за да образува карбиди.
Последиците могат да бъдат:

• отделяне на големи количества хромови карбиди,
• намаляване на съдържанието на хром в матрицата,
• крехкост на материала,
• намаляване на пластичността,
• влошаване на устойчивостта към по-нататъшно окисляване и сулфидиране,
• промени в размерите на елемента.

Устойчивостта на карбуризация се увеличава предимно чрез подходящо подбрани съставки:

• никел,
• хром,
• силиций,
• алуминий.

Непрекъснат оксиден слой, който предотвратява транспортирането на въглерод в материала, също може да бъде много ефективен.

Метален прах – особено разрушителна форма на корозия

Метален прах е много агресивна форма на високотемпературна корозия, протичаща в атмосфери с висока въглеродна активност.
Явлението е тясно свързано с карбуризацията, но ефектът му може да бъде пълното разпадане на материала в смес:

• метални частици,
• карбиди,
• въглища,
• продукти от корозия.

На повърхността се образуват характерни локални вдлъбнатини, кратери и тъмен, прашен продукт – откъдето идва и името метален прах.
Явлението е особено важно в технологични атмосфери, съдържащи CO, H₂ и въглеводороди, включително:

• реформатори,
• инсталации за производство на водород,
• инсталации за синтез на газ,
• нефтохимическа промишленост.

Металното прашене е свързано особено с температурен диапазон от около 400–800°C , въпреки че точните условия за възникване зависят от състава и налягането на газа и материала.

Високотемпературно азотиране

Азотиране – нитриране включва проникването на азот в материала и образуването на нитриди.
Може да се случи в атмосфери, съдържащи азот, амоняк или други активни азотни съединения с ниска наличност на кислород.
Образуването на нитриди може да доведе до:

• крехкост,
• намаляване на пластичността,
• промени в структурата,
• изчерпване на хром от матрицата,
• влошаване на механичните свойства.

Както при карбуризацията, ефективна защита може да се осигури чрез стабилен оксиден слой, който ограничава транспорта на азот в материала.

Корозия от хлор и действие на халогени

Хлорът и неговите съединения могат да причинят много агресивна корозия при висока температура.
Проблемът възниква, наред с други неща, в:

• инсталации за изгаряне на отпадъци,
• котли, работещи с горива, съдържащи хлор,
• химическа промишленост,
• процеси, съдържащи HCl или Cl₂.

Металните хлориди могат да бъдат летливи или да имат ниска точка на топене.
При определени условия, механизъм, известен като активно окисление.
Хлорът прониква в слоя от корозионния продукт и реагира с метала, образувайки хлориди, които след това се придвижват към по-окисляващата се част от котления камък.
Там те могат да се окисляват отново, освобождавайки хлор, способен за по-нататъшна реакция.
Създава се цикличен механизъм, който може да доведе до много бърза загуба на материал.

Корозия под седименти и разтопени соли

Отлаганията, отложени върху повърхността на елементите, могат да включват, наред с други:

• сяра,
• хлориди,
• ванадати,
• натриеви и калиеви съединения,
• пепел,
• продукти на горене.

След като се достигне подходящата температура, солената смес може частично или напълно да се разтопи.
Течната сол може да разруши защитния оксиден слой и да позволи на йоните да се транспортират много бързо.
В резултат на това скоростта на корозия може да бъде многократно по-висока, отколкото при окисление в чист газ.

Гореща корозия

Назначаване гореща корозия се използва предимно за ускорена високотемпературна корозия, свързана с наличието на разтопени соли.
Проблемът е особено известен с:

• газови турбини,
• котли,
• двигатели,
• инсталации за изгаряне на тежки горива,
• морски среди.

Смеси, съдържащи сулфати, хлориди и ванадати, могат да бъдат особено опасни.
Разтопената сол може да разтвори защитния оксиден слой, което води до непрекъснато разрушаване и излагане на субстрата.

Вътрешно окисление

Продуктите от реакцията не винаги се образуват изключително върху повърхността на материала.
Ако кислородът дифундира във вътрешността на сплавта по-бързо, отколкото специфичният легиращ елемент може да достигне повърхността, вътрешно окисление.
След това под повърхността на материала се образуват оксиди.
Това може да доведе до:

• отслабване на повърхностния слой,
• загуба на легиращи елементи,
• влошаване на механичните свойства,
• улесняване на по-нататъшното влошаване.

Спалация

Котловият камък може да защити материала само ако той остане свързан с повърхността.
Отделянето му се нарича разцепване.
Причините включват:

• разлики в термичното разширение на метала и оксида,
• термични цикли,
• увеличаване на напрежението в дебели насипни условия,
• фазови промени,
• вибрации и механични натоварвания.

След като котленият камък падне, откритият метал се окислява отново много бързо.
При циклични условия материалът може да губи маса много по-бързо, отколкото при изотермична работа.

Най-важните легиращи елементи в топлоустойчивите материали

Защо стоманите 304 и 316 не са типични топлоустойчиви стомани?

Застояла 1.4301 / 304 i 1.4401 / 316 Те могат да работят при повишени температури, но са разработени предимно за устойчивост на корозия във водни среди.
Те не трябва автоматично да се считат за заместители на специалните топлоустойчиви стомани.
316 по-специално съдържа молибден, който е изключително полезен за устойчивост на точкова корозия във водни среди, но не е основен легиращ елемент, използван в стомани за много високи температури.
Специалните високотемпературни стомани имат състав, оптимизиран за:

• създаване на защитна скала,
• пълзене,
• структурна стабилност,
• циклично окисление,
• специфични технологични атмосфери.

1.4828 – топлоустойчива стомана приблизително 20Cr-12Ni-Si

стомана 1.4828 е аустенитен топлоустойчив клас, съдържащ приблизително 19–20% хром, приблизително 11–12% никел и повишено съдържание на силиций.
Силицият увеличава устойчивостта на окисляване, поради което 1.4828 е много по-подходяща за работа при високи температури от класическата стомана 304.
Типичните приложения включват:

• елементи на пещта,
• покрива,
• елементи на топлообменника,
• оборудване за термична обработка,
• елементи на промишлени инсталации, работещи в горещи газове.

Приблизителната максимална температура на приложение във въздуха съгласно данните, отнасящи се до EN 10095, е приблизително 1000 ° C.
Това обаче не означава автоматично допустимата температура на механично натоварения елемент.

1.4841 / AISI 314 – висока устойчивост на окисляване

стомана 1.4841 / AISI 314 е аустенитна стомана с високо съдържание на хром и никел с добавка на силиций.
Типичният състав включва приблизително:

• 24–25% Cr,
• около 19–20% Ni,
• повишено съдържание на Si.

Комбинацията от високо съдържание на хром и силиций осигурява много добра устойчивост на окисляване.
Видът се използва, наред с други, за:

• елементи на пещта,
• решетки,
• прашки,
• елементи на оборудване за термична обработка,
• части, работещи в среда на горещи газове.

За работа във въздух, приблизителната максимална температура на приложение е приблизително 1150°C.

1.4845 / 310S

стомана 1.4845 / 310S / UNS S31008 съдържа приблизително 25% хром и 20% никел.
Това е класическа високотемпературна аустенитна стомана с много добра устойчивост на окисление и добри механични свойства при повишени температури.
Използва се, наред с други, в:

• промишлени пещи,
• нефтохимическо оборудване,
• котли,
• термогидрографи,
• елементи на термични устройства.

Приблизителната максимална температура на приложение, посочена за работа във въздуха, е приблизително 1050 ° C.
Струва си да се отбележи, че по-високото съдържание на хром само по себе си не означава автоматично по-висока допустима температура, отколкото за 1.4841. Общият състав на сплавта и поведението на котления камък са важни.

1.4835 / 253 MA

1.4835 / 253 MA / UNS S30815 е по-модерна аустенитна стомана, разработена специално за работа при високи температури.
Съдържа приблизително:

• 21% Cr,
• 11% Ni,
• около 1,6% Si,
• азот,
• малко добавяне на церий.

Добавянето на церий подобрява адхезията на котления камък, а азотът увеличава устойчивостта на пълзене.
Материалът се характеризира с много добра устойчивост на:

• непрекъснато окисление,
• циклично окисление,
• карбуризация,
• много високотемпературни атмосфери.

Максималната работна температура е посочена на приблизително 1150°C , в зависимост от условията на приложение.

Феритни топлоустойчиви стомани Cr-Si-Al

Феритните стомани, съдържащи хром, силиций и алуминий, също се използват за работа при високи температури.
Примери за видове включват:

• 1.4713,
• 1.4724,
• 1.4742,
• 1.4762.

Тяхното важно предимство е липсата или много ниското съдържание на никел.
Това може да бъде особено полезно при намаляване на атмосфери, съдържащи сяра.
Силицият и алуминият подобряват способността за образуване на защитен котлен камък.
Феритните стомани също имат:

• по-нисък коефициент на термично разширение в сравнение с аустенитните стомани,
• добра устойчивост на някои серни атмосфери,
• добра устойчивост на окисляване.

Техните ограничения могат да бъдат по-ниска устойчивост на пълзене и възможност за структурни промени или крехкост в определени температурни диапазони.

Сравнение на избрани високотемпературни стомани

Посочените температури са приблизителни и се отнасят до устойчивост на окисляване във въздух. Те не са универсално допустима проектна температура за всеки компонент.

Защо „максимална работна температура“ може да е подвеждащо?

Едно число, посочено в информационния лист за материалите, не описва всички реални работни условия.
Максималната температура зависи от:

• атмосфера,
• работно време,
• механично натоварване,
• честота на температурните промени,
• дебелина на елемента,
• наличието на сяра, хлор или въглерод,
• седименти,
• дебит на газ.

Материал, устойчив на 1100°C в неподвижен въздух, може да се влоши бързо при много по-ниска температура в силно карбуризираща, сярна или хлорна атмосфера.

Пълзене на материала при висока температура

Над определена температура, материалът може постепенно да се деформира под постоянно напрежение, дори когато напрежението е много по-малко от краткосрочната му граница на провлачване.
Това явление се нарича пълзящ.
Процесът обикновено включва:

• първично пълзене,
• пълзене стабилно,
• ускорено пълзене, водещо до напукване.

При проектирането на компоненти, които ще работят хиляди часове при температури от 600 до 1000°C, свойствата на пълзене може да са по-важни от якостта, определена чрез кратко изпитване на опън.

Високотемпературна корозия и пълзене

И двете явления могат да действат едновременно.
Корозията намалява ефективното напречно сечение на елемента и може да причини локални неравности по повърхността.
Пълзенето, от друга страна, причинява постепенна деформация и структурни повреди.
В резултат на това е възможно да се ускори разграждането на компонентите поради едновременното действие на:

• висока температура,
• механично натоварване,
• агресивна атмосфера.

Следователно, при избора на материал за пещи, реформери, радиационни тръби или прегреватели, топлоустойчивостта и съпротивлението на пълзене трябва да се анализират едновременно.

Структурна стабилност на стоманата при високи температури

Продължителното излагане на високи температури може да причини микроструктурни промени.
Те могат да включват, наред с други:

• карбидно утаяване,
• разделяне на интерметални фази,
• растеж на зърното,
• крехкост след продължително излагане,
• промени в механичните свойства.

Следователно, материал, който първоначално има подходящите параметри, може да се държи различно след няколко или десетки хиляди часа работа.

Високотемпературна корозия в котлите и енергийната промишленост

При котлите и горивните инсталации проблемът е особено сложен, тъй като повърхността може да бъде засегната едновременно от:

• кислород,
• SO₂ и така₃,
• HCl,
• хлориди,
• сяра,
• пепел,
• разтопени соли,
• водна пара.

Съставът на горивото може да бъде също толкова важен, колкото и температурата.
Горивата, съдържащи големи количества хлор, сяра, натрий, калий или ванадий, могат да бъдат особено агресивни.

Високотемпературна корозия в нефтохимията

В нефтохимическите инсталации има допълнителни атмосфери:

• карбуризация,
• намаляване,
• съдържащ водород,
• съдържащ H2S,
• съдържащи CO и въглеводороди.

Типичните заплахи включват:

• карбуризация,
• метално прахообразуване,
• сулфидиране,
• окисление,
• пълзене.

Следователно, стоманите, избрани за такива инсталации, често съдържат високи концентрации на хром и никел или се използват специални никелови сплави.

Никелови сплави в най-тежките условия

Ако съпротивлението на топлоустойчивата стомана е недостатъчно, се използват специални никелови сплави.
Те могат да съдържат големи количества:

• Кр,
• Ал,
• ако,
• Ко,
• Мо,
• W.

В зависимост от състава си, те могат да осигурят висока устойчивост на:

• окисление,
• карбуризация,
• метално прахообразуване,
• пълзене,
• температурни промени.

Пример за материали, разработени за екстремни приложения, са Ni-Cr-Al сплавите, които създават защитен _{Al2O3 слой}.

Защо молибденът не винаги е предимство?

Във водни среди молибденът е един от най-важните елементи, които повишават устойчивостта на неръждаемите стомани на точкова корозия.
При много високи температури ситуацията може да е различна.
Молибденовите оксиди могат да бъдат летливи или да участват в образуването на фази с ниска точка на топене.
Поради тази причина типичните топлоустойчиви стомани, предназначени за употреба при температури от 800–1100°C, често не съдържат молибден или съдържат много по-малко от стоманите, предназначени за мокра корозия.
Това е добър пример, показващ, че Материал, който е устойчив на корозия при стайна температура, не е непременно оптимален материал при 1000°C.

Как да се предотврати корозия при висока температура?

Основата е правилният избор на материал за реалната среда.
Следва да се вземе предвид следното:

• максимална и средна температура,
• време на излагане,
• цикли на отопление и охлаждане,
• съдържание на кислород,
• кислороден потенциал на атмосферата,
• наличие на сяра,
• наличие на хлор,
• въглеродна активност,
• наличие на азот и амоняк,
• водна пара,
• утайки и разтопени соли,
• скорост на газовия поток,
• механично натоварване.

Най-важните методи за намаляване на високотемпературната корозия

В зависимост от инсталацията се използват следните:

• избор на стомана с по-високо съдържание на Cr, Si или Al,
• използване на специални топлоустойчиви стомани,
• използване на никелови сплави,
• контрол на състава на атмосферата,
• намаляване на замърсяването със сяра и хлор,
• намаляване на отлагането на седименти,
• контрол на повърхностната температура,
• ограничаване на резките температурни промени,
• използване на защитни покрития,
• редовни проверки и измервания на дебелината на елементите.

Високотемпературни покрития

В някои приложения повърхността на материала може да бъде допълнително защитена.
Освен всичко друго, се използват слоеве, които увеличават съдържанието:

• алуминий,
• хром,
• силиций.

Целта е да се създадат условия на повърхността, които са благоприятни за образуването на стабилна Al бариера.₂O₃, кр₂O₃ или съответните сложни оксиди.
Специални защитни покрития и термични бариери се използват и в особено взискателните компоненти на турбините.

Как се оценява високотемпературната корозия?

Лабораторните и оперативните тестове анализират, наред с други:

• промяна в масата на пробата,
• дебелина на скалата,
• загуба на метално напречно сечение,
• адхезия на котлен камък,
• химичен състав на продуктите от корозия,
• микроструктура на повърхностния слой,
• дълбочина на окисление или вътрешна карбуризация.

Анализът използва, наред с други:

• оптична микроскопия,
• SEM,
• EDS,
• Рентгенов дифракционен анализ,
• металографско изследване,
• измервания на промените в масата по време на експозиция.

Високотемпературна корозия и електрохимична корозия

Най-често срещаната грешка при избора на материал

Една от най-големите грешки е изборът на стомана единствено въз основа на температурата.
Изявление:
"стоманени изделия до 1100°C"
е недостатъчно.
Трябва да знаете:

• 1100°C в каква атмосфера,
• при какво натоварване,
• за колко време,
• дали температурата е постоянна или циклична,
• дали има сяра, хлор или въглерод,
• дали се образуват отлагания по повърхността,
• дали елементът трябва да понася механични натоварвания.

Само чрез комбиниране на тази информация може да се избере правилният вид.

Високотемпературна корозия – най-важните заключения

Високотемпературната корозия е много по-широко понятие от простото окисляване на стоманената повърхност.
Това включва, наред с други: окисление, сулфидиране, карбуризация, азотиране, действие на халогени, гореща корозия и метално прашене.
Основният защитен механизъм на топлоустойчивите стомани е способността им да образуват компактен и добре прилепващ слой.
Най-важните защитни слоеве са базирани на:

• Cr₂O₃,
• Al₂O₃,
• да₂.

Хромът, алуминият и силицийът са сред най-важните елементи, които повишават устойчивостта на топлина.
Никелът е особено важен за стабилността на аустенита, устойчивостта на карбуризация и механичните свойства при висока температура, но не винаги е полезен при редуциране на атмосфери, съдържащи сяра.
Типичните високотемпературни стомани включват, наред с други: 1.4828, 1.4835 / 253 MA, 1.4841 / AISI 314, 1.4845 / 310S и феритни Cr-Si-Al стомани 1.4713, 1.4724, 1.4742 и 1.4762.
Когато избирате материал, не бива да бъркате топлоустойчивост със съпротивление на пълзенеЕдин компонент може да е устойчив на окисляване и въпреки това да се повреди поради пълзене.
Най-важното правило е да изберете материала не само за температурата, но и за цялата система: температура + атмосфера + време + натоварване + термични цикли + отлагания.

Корозията може да възникне чрез различни механизми, в зависимост от материала, околната среда и условията на работа. Научете за други видове корозия:

Видове корозия на стомана и метали

Равномерна корозия на стомана и метали
Питингова корозия на неръждаеми стомани
Пукнатинна корозия на неръждаеми стомани
Междукристална корозия на неръждаема стомана
Корозионно напукване от напрежение в SCC
Галванична корозия
Ерозионна корозия
Кавитационна корозия
Умора от корозия
Корозия от трене
Микробиологична корозия MIC
Високотемпературна корозия

Разделяне на корозията според средата

Морска корозия – корозия на стомана и метали в морска вода
Атмосферна корозия
Корозия на земята
Корозия в прясна и промишлена вода
Корозия в хлоридни среди
Корозия в киселинни среди
Корозия в алкална среда
Корозия в газовете и отработените газове
Корозия в канализационните и канализационни системи
Корозия в химическа и нефтохимична среда

Свързани теми

CPT – критична температура на точкова корозия на неръждаеми стомани и никелови сплави
PREN – индекс на устойчивост на точкова корозия за неръждаема стомана
CCT – Критична температура на цепнатинна корозия на неръждаеми стомани и никелови сплави