Жоғары температурадағы коррозия – механизмдер, материалдар және алдын алу

Сипаттаманы pdf форматында жүктеп алыңыз

Жоғары температуралы коррозия ыстық газдардың, булардың, жану өнімдерінің, күкірт қосылыстарының, көміртектің, азоттың, галогендердің, балқытылған тұздардың және басқа да агрессивті қоршаған орта компоненттерінің әсерінен жоғары температурада жүретін металдар мен қорытпалардың химиялық бұзылу процестерін қамтиды.
Сулы ортада болатын классикалық коррозиядан айырмашылығы, жоғары температуралы коррозия сұйық электролиттің болуын қажет етпейді.
Ол құрғақ газдарда және технологиялық атмосфераларда химиялық реакциялар мен элементтердің коррозия өнімдерінің қабаттары арқылы тасымалдануы өте тез жүретін температурада пайда болуы мүмкін.
Жоғары температуралы коррозияның ең көп таралған түрі - тотығу, бірақ бұл тұжырымдама басқа да көптеген механизмдерді қамтиды.
Ең маңыздыларына мыналар жатады:

• жоғары температуралы тотығу,
• күкірттеу – сульфидтеу,
• көміртектеу – көміртектеу,
• нитридтеу – нитрлеу,
• хлорлау атмосферасындағы коррозия және галоген,
• балқытылған тұздар мен шөгінділерден туындаған коррозия,
• ыстық коррозия,
• металлды шаңмен сүрту,
• ішкі тотығу және ішкі көмірсулану.

Жоғары температуралы коррозия өнеркәсіптік пештерге, энергетикалық қондырғыларға, мұнай химиясына, мұнай өңдеу зауыттарына, риформингтерге, жану қондырғыларына, жылу алмастырғыштарға, қазандықтарға, цемент жабдықтарына және металлургия өнеркәсібіне арналған материалдарды таңдаудың негізгі критерийлерінің бірі болып табылады.

Жоғары температуралы коррозия туралы қандай температурадан бастап айтамыз?

Бірыңғай әмбебап температура шегі жоқ.
Өнеркәсіптік тәжірибеде жоғары температуралы коррозия ұғымы көбінесе шамамен ... жоғары температурада жүретін процестер үшін қолданылады. 400 ° C, ал арнайы ыстыққа төзімді және сырғымаға төзімді болаттар көбінесе шамамен жоғары ұзақ мерзімді пайдалану үшін таңдалады. 550 ° C.
Дегенмен, бұл шектеу мыналарға байланысты:

• материал түрі,
• атмосфераның құрамы,
• қысым,
• экспозиция уақыты,
• шөгінділер мен балқытылған тұздардың болуы,
• қыздыру және салқындату циклдары.

Өнеркәсіптік пештердің әдеттегі жұмыс температурасынан әлдеқайда төмен температурада кейбір өте агрессивті механизмдер пайда болуы мүмкін.

Ыстыққа төзімділік және сыдырылуға төзімділік – олар бірдей емес

Жоғары температураға арналған материалды таңдағанда екі негізгі ұғымды ажырату керек.
Ыстыққа төзімділік материалдың ыстық газдардың химиялық әсеріне және қақ түзілуіне төзімділігін білдіреді.
Жылжымалы төзімділік материалдың жоғары температурада ұзақ уақыт бойы механикалық жүктемелерге, ең алдымен сырғуға төзімділікке төтеп беру қабілетін білдіреді.
Сонымен, материал келесідей болуы мүмкін:

• өте жақсы жылу өткізгіштікке ие, бірақ механикалық беріктігі жеткіліксіз,
• жақсы сырғымаға төзімділік, бірақ белгілі бір технологиялық атмосфераға жеткіліксіз төзімділік.

Сондықтан, жоғары температурада жұмыс істеуге арналған материалды тек максималды тотығу температурасына негіздеп таңдау мүмкін емес.
Сондай-ақ, жылжуды, құрылымдық тұрақтылықты, жүктемені, жұмыс уақытын және атмосфералық құрамды ескеру қажет.

Жоғары температурадағы тотығу дегеніміз не?

Металл оттегі бар атмосферада қыздырылған кезде, оның бетінде тотығу реакциясы басталады.
Қарапайым тілмен айтқанда:
металл + оттегі → металл оксиді
Темір жағдайында, басқалармен қатар, келесі жағдайлар болуы мүмкін:

• FeO,
• Fe₃O₄,
• Fe₂O₃.

Алайда, жоғары легирленген болаттарда легирлеуші ​​элементтердің қорғаныш оксидтерінің түзілуі әлдеқайда маңызды, ең алдымен:

• Cr₂O₃ – хром оксиді,
• Al₂O₃ – алюминий оксиді,
• SiO₂ – кремний оксиді.

Қорытпаның ыстыққа төзімділігін көбінесе оның тығыз, тұрақты және жақсы жабысқан оксид қабатын түзу қабілеті анықтайды.

Қақпақ – ол қашан қорғайды және қашан бұзады?

Металл бетінде пайда болған тотығу өнімдерінің қабаты деп аталады масштаб.
Қақпақтың болуы материалдың қатты зақымдалғанын білдірмейді.
Жақсы қорғаныс қабаты келесідей болуы керек:

• ықшам,
• үздіксіз,
• көптеген тесіктер мен жарықтардан бос,
• субстратқа жақсы жабысады,
• термодинамикалық тұрақты,
• оттегі мен металл иондары баяу өткізгіштікке ие,
• циклдік температура өзгерістеріне төзімді.

Егер қақ осы шарттарға сай келсе, ол материалдың атмосферамен одан әрі реакциясын шектейтін тосқауыл ретінде әрекет етеді.
Дегенмен, егер ол жарылып, қабыршақтанса, босап қалса немесе кеуекті болса, жаңа металл ашық қалады және тотығу процесі қайтадан басталады.

Неліктен хром ыстыққа төзімділікті арттырады?

Хром - болаттың жоғары температурадағы тотығуға төзімділігін арттыратын ең маңызды элементтердің бірі.
Хром мөлшері жеткілікті жоғары болған кезде қорытпа бетінде тығыз қабат пайда болуы мүмкін:
Cr₂O₃
Бұл қабат оттегінің материалға тасымалдануын және металл иондарының бетіне тасымалдануын айтарлықтай шектейді.
Хром мөлшері артқан сайын, тотығуға төзімділік әдетте артады.
Осы себепті жоғары температурада қызмет етуге арналған болаттарда шамамен 18-25% Cr, ал арнайы жоғары температуралы қорытпаларда одан да көп болуы мүмкін.

Алюминийдің рөлі

алюминий өте тұрақты қабат жасай алады:
Al₂O₃
яғни алюминий оксиді.
Бұл қабат өте жоғары температурада өте тиімді тосқауыл болып табылады.
Осы себепті алюминий экстремалды жағдайларға арналған көптеген арнайы ферритті болаттар мен никель қорытпаларында кездеседі.
Әсіресе, шамамен 1000°C жоғары температурада Al негізіндегі қабаттар₂O₃ классикалық Cr қабатына қарағанда жақсы қорғаныс қамтамасыз ете алады₂O₃.

Кремнийдің рөлі

Кремний ыстыққа төзімді болаттарда көбінесе әдейі арттырылады.
SiO2-ге бай қорғаныс қабаттарының түзілуіне ықпал етеді₂ және тотығу жылдамдығын төмендетуі мүмкін.
Сондықтан, келесі жанрларда:

• 1.4828,
• 1.4841,
• 1.4835 / 253 MA

кремний мөлшері негізінен сулы ортада қолдануға арналған типтік тот баспайтын болаттармен салыстырғанда жоғары.

Никельдің рөлі

Никиел аустениттік құрылымды тұрақтандырады және жоғары температурада материалдардың механикалық қасиеттері үшін өте маңызды.
Басқа нәрселермен қатар, ол көбейеді:

• аустениттік құрылымның тұрақтылығы,
• сырғымаға төзімділік,
• көмірсуларға төзімділік,
• көптеген тотықсыздандыратын атмосфераларға төзімділік.

Дегенмен, никельдің жоғары мөлшері барлық жағдайда пайдалы емес.
Күкірт қосылыстары бар тотықсыздандырғыш атмосфераларда никель төмен балқитын Ni-S қосылыстарын түзе алады.
Сондықтан, жоғары никельді материалдар сульфидтеудің кейбір түрлеріне өте сезімтал болуы мүмкін.

Сирек кездесетін жер элементтерінің рөлі

Церий, лантан, иттрий немесе басқа реактивті элементтердің аз мөлшерде қосылуы шкала қасиеттеріне өте күшті әсер етуі мүмкін.
Олар, басқалармен қатар, жақсарады:

• оксид қабатының адгезиясы,
• босаңсуға төзімділік,
• циклдік қыздыру мен салқындатуға төзімділік.

Мысал ретінде болат алуға болады 1.4835 / 253 MA, құрамында церий қосылған.
Бұл кейбір классикалық 25Cr-20Ni болаттарымен салыстырғанда никель мөлшерінің төмен болуына қарамастан, циклдік тотығуға өте жақсы төзімділік береді.

Тотығу кинетикасы – неге қақ коррозияны баяулатады?

Егер пайда болған оксид қабаты қорғаныс болса, қабықтың өсуі көбінесе элементтердің бар қабат арқылы диффузиясымен бақыланады.
Көптеген осындай жағдайларда тотығу жылдамдығын параболалық заңға ұқсас қатынаспен сипаттауға болады:
x² = k_p · т
Қайда:

• x – оксид қабатының қалыңдығы,
• k_p – тотығу жылдамдығының тұрақтысы,
• t - уақыт.

Бұл тығыз қақ қалыңдығы артқан сайын, одан әрі тотығу баяулайтынын білдіреді.
Дегенмен, егер қабат үзік-үзік болса, жарылып кетсе немесе түсіп қалса, қорғаныс сипаты жоғалады және тозу жылдамдығы айтарлықтай артуы мүмкін.

Сызықтық және апатты тотығу

Егер коррозия өнімдері тиімді тосқауыл құрмаса, материалдың жоғалуы уақыт өте келе шамамен сызықтық түрде артуы мүмкін.
Одан да қауіптісі - қабыршақтың қорғаныш қасиеттері тез жоғалатын жағдай.
Бұл процесс әкелуі мүмкін бөлініп шығатын тотығуяғни баяу қорғаныштық тотығудан өте жылдам ыдырауға кенеттен ауысу.
Себептері мыналарды қамтуы мүмкін:

• беткі қабаттағы хромның азаюы,
• қақ жарылысы,
• оксидтердің босатылуы,
• атмосфера құрамының өзгеруі,
• материалдың жұмыс температурасынан асып кетуі.

Циклдік қыздыру және салқындату

Циклдік жағдайлар әдетте тұрақты температурадағы жұмысқа қарағанда күрделірек.
Металл мен қақтардың жылулық кеңею коэффициенттері әртүрлі.
Салқындату және қайта қыздыру кезінде оксид қабатында кернеулер пайда болады.
Олар мыналарға әкелуі мүмкін:

• қақ жарылысы,
• оның босаңсуы,
• қабыршақтану,
• жаңа металды ашу.

Қабат құлағаннан кейін, материал хром, алюминий немесе басқа легирлеуші ​​элементтерді көбірек тұтыну арқылы оны қайта жасауы керек.
Сондықтан, үздіксіз жағдайлардағы максималды жұмыс температурасы жиі термиялық цикл жағдайындағы қауіпсіз жұмыс температурасына сәйкес келмеуі мүмкін.

Су буының тотығуға әсері

Су буы бар атмосфера құрғақ ауаға қарағанда агрессивті болуы мүмкін.
Су буы келесідей болуы мүмкін:

• масштабтың өсу механизмін өзгерту,
• тотығу жылдамдығын арттыру,
• қабаттың адгезиясын бұзады,
• белгілі бір жағдайларда ұшпа хром қосылыстарының түзілуіне ықпал етеді.

Сондықтан, құрғақ ауада рұқсат етілген температуралар су буы немесе ылғалды технологиялық газдар үшін автоматты түрде қабылданбауы керек.

Сульфидтеу – күкірт бар атмосферадағы коррозия

Сульфидтеу материалдың күкірт қосылыстарымен жоғары температуралық реакциясы болып табылады.
Ол басқалармен қатар, мыналарды қамтитын атмосферада пайда болуы мүмкін:

• H₂S,
• SO₂,
• SO₃,
• күкірт булары,
• технологиялық газдар мен пайдаланылған газдарда болатын басқа күкірт қосылыстары.

Сульфидтер, әдетте, сәйкес оксидтерге қарағанда аз қорғайды.
Олардың өсу қарқыны жылдамырақ, ақаулары көп және балқу температурасы төмен болуы мүмкін.
Құрамында күкірт бар тотықсыздандырғыш атмосфераларда никельдің жоғары мөлшері әсіресе қолайсыз болуы мүмкін.
Никель баяу балқитын никель-күкірт қосылыстарын түзе алады, бұл өте тез ыдырауға әкеледі.
Сондықтан, кейбір тотықсыздандыратын күкірт атмосфераларында құрамында хромы жоғары және никель аз немесе мүлдем жоқ ферритті болаттар жоғары никельді аустенитті болаттарға қарағанда жақсы жұмыс істеуі мүмкін.

Атмосфераны тотықтыратын және тотықсыздандыратын

Атмосфераның оттегі әлеуетіне байланысты бірдей материал мүлдем басқаша әрекет етуі мүмкін.
Тиісті тотығу атмосферасында қорғаныш Cr қабаты пайда болуы мүмкін.₂O₃ немесе Әл₂O₃.
Жоғары тотықсыздану атмосферасында қолжетімді оттегінің мөлшері үздіксіз қорғаныс қабатын ұстап тұру үшін тым аз болуы мүмкін.
Содан кейін материалдың кедергісі оның құрамына және келесі факторларға төзімділігіне тікелей байланысты:

• күкірттену,
• көміртектеу,
• нитридтеу,
• сутегінің әрекеті,
• галогендер.

Атмосфера «тотықсызданып» жатыр деп айту қорытпаның ешбір компоненті тотыға алмайды дегенді білдірмейді. Хром, кремний және алюминий өте төмен оттегі потенциалдарында да оксидтер түзе алады.

Жоғары температурада көміртектеу – көміртектеу

Көмірсутектерді өңдеу көміртегі белсенділігі жоғары атмосферада жұмыс істеген кезде материалға көміртектің енуін қамтиды.
Ол, басқалармен қатар, құрамында келесі газдарда пайда болуы мүмкін:

• НЕ,
• CH₄,
• басқа көмірсутектер,
• газдарды реформалау,
• мұнай-химия пештерінің атмосферасы.

Көміртек материалға диффузияланады және негізінен хроммен әрекеттесіп, карбидтер түзеді.
Салдары келесідей болуы мүмкін:

• хром карбидтерінің көп мөлшерде бөлінуі,
• матрицадағы хром мөлшерін азайту,
• материалдың сынғыштығы,
• пластикалықтың төмендеуі,
• тотығу мен сульфидтеуге төзімділіктің нашарлауы,
• элементтің өлшемдерінің өзгеруі.

Көмірсуларға төзімділік негізінен тиісті түрде таңдалған құраммен артады:

• никель,
• хром,
• кремний,
• алюминий.

Үздіксіз оксид қабаты көміртектің материалға тасымалдануына жол бермеуде де өте тиімді болуы мүмкін.

Металл шаңы – коррозияның ерекше зиянды түрі

Металл шаңын сүрту көміртегі белсенділігі жоғары атмосферада пайда болатын жоғары температуралы коррозияның өте агрессивті түрі.
Бұл құбылыс карбюризациямен тығыз байланысты, бірақ оның әсері материалдың қоспаға толық ыдырауы болуы мүмкін:

• металл бөлшектері,
• карбидтер,
• көмір,
• коррозия өнімдері.

Бетінде жергілікті ойпаттардың, кратерлер мен қара, шаңды өнімнің пайда болуы тән – сондықтан да осылай аталады металлды шаңмен тазалау.
Бұл құбылыс, әсіресе, CO, H бар технологиялық атмосфераларда маңызды.₂ және көмірсутектер, соның ішінде:

• реформаторлар,
• сутегі өндірісі қондырғылары,
• газ синтезі қондырғылары,
• мұнай-химия өнеркәсібі.

Металл шаңдануы әсіресе 400-800°C температура диапазонымен байланысты , дегенмен оның пайда болу шарттары газ бен материалдың құрамы мен қысымына байланысты.

Жоғары температуралы нитридтеу

Нитридтеу – нитридтеу азоттың материалға енуін және нитридтердің түзілуін қамтиды.
Ол азот, аммиак немесе басқа белсенді азот қосылыстары бар және оттегінің аз мөлшері бар атмосферада пайда болуы мүмкін.
Нитридтердің түзілуі мыналарға әкелуі мүмкін:

• сынғыштық,
• пластикалықтың төмендеуі,
• құрылымындағы өзгерістер,
• матрицадан хромның сарқылуы,
• механикалық қасиеттердің нашарлауы.

Карбюризациялаудағыдай, азоттың материалға тасымалдануын шектейтін тұрақты оксид қабаты тиімді қорғанысты қамтамасыз ете алады.

Хлор коррозиясы және галогендік әрекет

Хлор және оның қосылыстары өте агрессивті жоғары температуралы коррозияны тудыруы мүмкін.
Мәселе, басқалармен қатар, келесі жағдайларда пайда болады:

• қалдықтарды жағу қондырғылары,
• құрамында хлор бар отын жағатын қазандықтар,
• химия өнеркәсібі,
• HCl немесе Cl2 бар процестер₂.

Металл хлоридтері ұшқыш болуы немесе төмен балқу температурасына ие болуы мүмкін.
Белгілі бір жағдайларда, деп аталатын механизм белсенді тотығу.
Хлор коррозия өнімінің қабатына еніп, металлмен әрекеттесіп, хлоридтер түзеді, содан кейін олар қақпақтың тотықтырғыш бөлігіне қарай жылжиды.
Онда олар қайтадан тотыға алады, әрі қарай реакцияға қабілетті хлорды бөліп шығарады.
Материалдың өте тез жоғалуына әкелуі мүмкін циклдік механизм жасалады.

Шөгінділер мен балқытылған тұздар астындағы коррозия

Элементтердің бетінде жиналған шөгінділерге, басқалармен қатар, мыналар кіруі мүмкін:

• күкірт,
• хлоридтер,
• ванадаттар,
• натрий және калий қосылыстары,
• күл,
• жану өнімдері.

Тиісті температураға жеткеннен кейін, тұз қоспасы ішінара немесе толығымен еруі мүмкін.
Сұйық тұз қорғаныш оксид қабатын бұзып, иондардың өте тез тасымалдануына мүмкіндік береді.
Нәтижесінде, коррозия жылдамдығы таза газдағы тотығу кезіндегіге қарағанда бірнеше есе жоғары болуы мүмкін.

Ыстық коррозия

тағайындау ыстық коррозия негізінен балқытылған тұздардың болуымен байланысты жеделдетілген жоғары температуралы коррозия үшін қолданылады.
Мәселе әсіресе келесі себептермен белгілі:

• газ турбиналары,
• қазандықтар,
• қозғалтқыштар,
• ауыр отын жағу қондырғылары,
• теңіз орталары.

Құрамында сульфаттар, хлоридтер және ванадтар бар қоспалар әсіресе қауіпті болуы мүмкін.
Балқытылған тұз қорғаныш оксид қабатын ерітіп, оның үздіксіз тозуына және негіздің ашық қалуына әкелуі мүмкін.

Ішкі тотығу

Реакция өнімдері әрқашан тек материалдың бетінде ғана түзілмейді.
Егер оттегі қорытпаның ішіне арнайы қорытпа элементінің бетіне жетуіне қарағанда тезірек диффузияланса, ішкі тотығу.
Содан кейін оксидтер материалдың бетінің астында пайда болады.
Бұл мыналарға әкелуі мүмкін:

• беткі қабаттың әлсіреуі,
• легирлеуші ​​элементтердің жоғалуы,
• механикалық қасиеттердің нашарлауы,
• одан әрі деградацияға ықпал етеді.

Спаллация

Қақ материалды тек бетіне жабысқан күйінде қалған жағдайда ғана қорғай алады.
Оның бөлінуі деп аталады таралу.
Себептерге мыналар жатады:

• металл мен оксидтің термиялық кеңеюіндегі айырмашылықтар,
• жылулық циклдар,
• қалың қабаттағы стресстің жоғарылауы,
• фазалық өзгерістер,
• дірілдер және механикалық жүктемелер.

Қақ түсіп кеткеннен кейін, ашық металл қайтадан өте тез тотығады.
Циклдік жағдайларда материал изотермиялық жұмыс кезіндегіге қарағанда массасын әлдеқайда тез жоғалтуы мүмкін.

Ыстыққа төзімді материалдардағы ең маңызды қорытпа элементтері

Неліктен 304 және 316 болаттар әдеттегі ыстыққа төзімді болаттар емес?

Стоун 1.4301 / 304 i 1.4401 / 316 Олар жоғары температурада жұмыс істей алады, бірақ негізінен сулы ортада коррозияға төзімділік үшін жасалған.
Оларды арнайы ыстыққа төзімді болаттардың орнын басатын заттар ретінде автоматты түрде қарастыруға болмайды.
Атап айтқанда, 316 құрамында молибден бар, ол сулы ортада коррозияға төзімділікті арттыру үшін өте пайдалы, бірақ өте жоғары температуралы болаттарда қолданылатын негізгі легирлеуші ​​элемент емес.
Арнайы жоғары температуралы болаттардың құрамы келесі мақсаттарға оңтайландырылған:

• қорғаныс шкаласын жасау,
• сырғанау,
• құрылымдық тұрақтылық,
• циклдік тотығу,
• нақты процесс атмосферасы.

1.4828 – шамамен 20Cr-12Ni-Si ыстыққа төзімді болат

Сталь 1.4828 шамамен 19-20% хром, шамамен 11-12% никель және кремний мөлшерінің жоғарылауы бар аустениттік ыстыққа төзімді сорт.
Кремний тотығуға төзімділікті арттырады, сондықтан 1.4828 классикалық 304 болатқа қарағанда жоғары температурада жұмыс істеуге әлдеқайда қолайлы.
Типтік қолданбаларға мыналар кіреді:

• пеш элементтері,
• жабындар,
• алмастырғыш элементтері,
• жылу өңдеу жабдықтары,
• ыстық газдарда жұмыс істейтін өнеркәсіптік қондырғылардың элементтері.

EN 10095 стандартына қатысты деректерге сәйкес ауадағы шамамен максималды қолдану температурасы шамамен. 1000 ° C.
Дегенмен, бұл механикалық жүктелген элементтің рұқсат етілген температурасын автоматты түрде білдірмейді.

1.4841 / AISI 314 – жоғары тотығуға төзімділік

Сталь 1.4841 / AISI 314 кремний қосылған жоғары хромды және жоғары никельді аустениттік болат болып табылады.
Әдеттегі композиция шамамен мыналарды қамтиды:

• 24–25% Cr,
• шамамен 19–20% Ni,
• Si құрамының жоғарылауы.

Хром мен кремнийдің жоғары құрамының үйлесімі өте жақсы тотығуға төзімділікті қамтамасыз етеді.
Бұл түр, басқалармен қатар, келесі мақсаттарда қолданылады:

• пеш элементтері,
• торлар,
• ілмектер,
• термиялық өңдеу жабдықтарының элементтері,
• ыстық газдарда жұмыс істейтін бөлшектер.

Ауада жұмыс істеу үшін шамамен максималды қолдану температурасы шамамен 1150°C құрайды.

1.4845/310S

Сталь 1.4845 / 310S / UNS S31008 шамамен 25% хром және 20% никельден тұрады.
Бұл өте жақсы тотығуға төзімділігі және жоғары температурада жақсы механикалық қасиеттері бар классикалық жоғары температуралы аустениттік болат.
Ол, басқалармен қатар, келесі жағдайларда қолданылады:

• өнеркәсіптік пештер,
• мұнай-химия жабдықтары,
• қазандықтар,
• термоэлектрлік құбырлар,
• жылу құрылғыларының элементтері.

Ауада жұмыс істеу үшін берілген шамамен максималды қолдану температурасы шамамен 1050 ° C.
Айта кету керек, хромның жоғары мөлшерінің өзі 1.4841 үшін рұқсат етілген температураның жоғары болуын автоматты түрде білдірмейді. Қорытпаның жалпы құрамы мен қақ мінез-құлқы маңызды.

1.4835 / 253 MA

1.4835 / 253 MA / UNS S30815 жоғары температурада жұмыс істеу үшін арнайы жасалған заманауи аустениттік болат.
Құрамында шамамен:

• 21% Cr,
• 11% Ni,
• шамамен 1,6% Si,
• азот,
• церийдің аздап қосылуы.

Церийді қосу қабыршақ адгезиясын жақсартады, ал азот сырғымаға төзімділікті арттырады.
Материал өте жақсы төзімділікпен сипатталады:

• үздіксіз тотығу,
• циклдік тотығу,
• көміртектеу,
• көптеген жоғары температуралы атмосфералар.

Қолдану жағдайларына байланысты ең жоғары жұмыс температурасы шамамен 1150°C деп көрсетілген .

Ферриттік ыстыққа төзімді болаттар Cr-Si-Al

Құрамында хром, кремний және алюминий бар ферриттік болаттар жоғары температурада жұмыс істеу үшін де қолданылады.
Түрлердің мысалдарына мыналар жатады:

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

Олардың маңызды артықшылығы - никельдің болмауы немесе өте төмен мөлшері.
Бұл әсіресе күкірт бар атмосфераны азайтуда пайдалы болуы мүмкін.
Кремний мен алюминий қорғаныс қабыршақтарының пайда болу қабілетін жақсартады.
Ферриттік болаттарда сонымен қатар:

• аустениттік болаттармен салыстырғанда термиялық кеңею коэффициенті төмен,
• кейбір күкірт атмосфераларына жақсы төзімділік,
• тотығуға жақсы төзімділік.

Олардың шектеулері белгілі бір температура диапазондарында сырғымаға төзімділіктің төмендеуі және құрылымдық өзгерістер немесе сынғыштық мүмкіндігі болуы мүмкін.

Таңдалған жоғары температуралы болаттарды салыстыру

Көрсетілген температуралар шамамен алынған және ауадағы тотығуға төзімділікке қатысты. Олар әрбір компонент үшін әмбебап рұқсат етілген жобалық температура емес.

Неліктен «ең жоғары жұмыс температурасы» жаңылыстыруы мүмкін?

Материалдық деректер парағында берілген бір сан барлық нақты жұмыс жағдайларын сипаттамайды.
Максималды температура мыналарға байланысты:

• атмосфера,
• жұмыс уақыты,
• механикалық жүктеме,
• температураның өзгеру жиілігі,
• Элементтің қалыңдығы,
• күкірттің, хлордың немесе көміртектің болуы,
• шөгінділер,
• газ ағынының жылдамдығы.

Тыныш ауада 1100°C температураға төзімді материал көмірсутектері көп, күкірт немесе хлорлы атмосферада әлдеқайда төмен температурада тез бұзылуы мүмкін.

Жоғары температурада материалдың сырғып кетуі

Белгілі бір температурадан жоғары, материал тұрақты кернеу кезінде біртіндеп деформациялануы мүмкін, тіпті кернеу оның қысқа мерзімді беріктігінен әлдеқайда аз болса да.
Бұл құбылыс деп аталады жорғалап жүретін.
Процесс әдетте мыналарды қамтиды:

• бастапқы сырғанау,
• тұрақты сырғанау,
• жарықшақтардың пайда болуына әкелетін жылдам сырғыма.

600-1000°C температурада мыңдаған сағат бойы жұмыс істейтін компоненттерді жобалау кезінде, қысқа созылу сынағымен анықталған беріктікке қарағанда, сырғыма қасиеттері маңыздырақ болуы мүмкін.

Жоғары температурадағы коррозия және сырғыма

Екі құбылыс та бір мезгілде жұмыс істей алады.
Коррозия элементтің тиімді көлденең қимасын азайтады және жергілікті беткі тегіс еместіктерді тудыруы мүмкін.
Екінші жағынан, жыртылу біртіндеп деформацияға және құрылымдық зақымға әкеледі.
Нәтижесінде, бір мезгілде әсер ету нәтижесінде компоненттердің ыдырауын жеделдетуге болады:

• жоғары температура,
• механикалық жүктеме,
• агрессивті атмосфера.

Сондықтан, пештерге, риформингтерге, сәулелік түтіктерге немесе қыздырғыштарға арналған материалды таңдаған кезде, ыстыққа төзімділік пен сырғымаға төзімділікті бір уақытта талдау қажет.

Жоғары температурадағы болаттың құрылымдық тұрақтылығы

Жоғары температураның ұзақ уақыт әсер етуі микроқұрылымдық өзгерістерге әкелуі мүмкін.
Оларға, басқалармен қатар, мыналар кіруі мүмкін:

• карбидті тұндыру,
• аралық металдық фазаларды бөлу,
• дәннің өсуі,
• ұзақ уақыт әсер етуден кейінгі сынғыштық,
• механикалық қасиеттердің өзгеруі.

Сондықтан, бастапқыда тиісті параметрлерге ие материал бірнеше немесе ондаған мың сағат жұмыс істегеннен кейін басқаша әрекет етуі мүмкін.

Қазандықтар мен энергетика өнеркәсібіндегі жоғары температуралы коррозия

Қазандықтар мен жану қондырғыларында мәселе өте күрделі, себебі бетіне бір мезгілде мыналар әсер етуі мүмкін:

• оттегі,
• SO₂ және SO₃,
• HCl,
• хлоридтер,
• күкірт,
• күл,
• балқытылған тұздар,
• су буы.

Отынның құрамы температура сияқты маңызды болуы мүмкін.
Құрамында хлор, күкірт, натрий, калий немесе ванадий көп мөлшерде болатын отындар әсіресе агрессивті болуы мүмкін.

Мұнай химиясындағы жоғары температуралы коррозия

Мұнай-химия қондырғыларында қосымша атмосфералар бар:

• көміртектеу,
• азайту,
• құрамында сутегі бар,
• құрамында H2S бар,
• құрамында CO және көмірсутектер бар.

Типтік қауіптерге мыналар жатады:

• көміртектеу,
• металлды шаңмен сүрту,
• сульфидтеу,
• тотығу,
• еңбектеу.

Сондықтан, мұндай қондырғылар үшін таңдалған болаттар көбінесе хром мен никельдің жоғары концентрациясын қамтиды немесе арнайы никель қорытпалары қолданылады.

Ең қиын жағдайларда никель қорытпалары

Егер ыстыққа төзімді болаттың кедергісі жеткіліксіз болса, арнайы никель қорытпалары қолданылады.
Оларда көп мөлшерде болуы мүмкін:

• Cr,
• Әл,
• Ия,
• Co,
• Мо,
• W.

Құрамына байланысты олар келесілерге жоғары төзімділік бере алады:

• тотығу,
• көміртектеу,
• металлды шаңмен сүрту,
• еңбектеу,
• температураның өзгеруі.

Төтенше жағдайлар үшін жасалған материалдардың мысалы ретінде қорғаныс Al2O3 қабатын жасайтын Ni-Cr-Al _{қорытпаларын айтуға} болады.

Неліктен молибден әрқашан артықшылық бола бермейді?

Сулы ортада молибден тот баспайтын болаттардың коррозияға төзімділігін арттыратын ең маңызды элементтердің бірі болып табылады.
Өте жоғары температурада жағдай басқаша болуы мүмкін.
Молибден оксидтері ұшқыш болуы немесе баяу балқитын фазалардың түзілуіне қатысуы мүмкін.
Осы себепті, 800-1100°C температурада қолдануға арналған әдеттегі ыстыққа төзімді болаттарда молибден болмайды немесе ылғалды коррозияға арналған болаттармен салыстырғанда әлдеқайда аз болады.
Бұл мұны көрсететін жақсы мысал Бөлме температурасында коррозияға төзімді материал 1000°C температурада міндетті түрде оңтайлы материал бола бермейді.

Жоғары температурадағы коррозияны қалай болдырмауға болады?

Негізі - нақты ортаға сәйкес материалды дұрыс таңдау.
Келесілерді ескеру қажет:

• максималды және орташа температура,
• экспозиция уақыты,
• қыздыру және салқындату циклдары,
• оттегінің мөлшері,
• атмосфераның оттегі потенциалы,
• күкірттің болуы,
• хлордың болуы,
• көміртегі белсенділігі,
• азот пен аммиактың болуы,
• су буы,
• шөгінділер мен балқытылған тұздар,
• газ ағынының жылдамдығы,
• механикалық жүктеме.

Жоғары температуралы коррозияны азайтудың ең маңызды әдістері

Орнатуға байланысты келесілер қолданылады:

• Cr, Si немесе Al құрамы жоғары болатты таңдау,
• арнайы ыстыққа төзімді болаттарды пайдалану,
• никель қорытпаларын пайдалану,
• атмосфера құрамын бақылау,
• күкірт пен хлордың ластануын азайту,
• шөгінділердің жиналуын азайту,
• бетінің температурасын бақылау,
• кенеттен температураның өзгеруін шектеу,
• қорғаныс жабындарын пайдалану,
• элементтердің қалыңдығын үнемі тексеру және өлшеу.

Жоғары температураға төзімді жабындар

Кейбір қолданбаларда материалдың бетін қосымша қорғауға болады.
Басқа нәрселермен қатар, мазмұнды арттыратын қабаттар қолданылады:

• алюминий,
• хром,
• кремний.

Мақсат - бетінде тұрақты Al тосқауылының пайда болуына қолайлы жағдайлар жасау.₂O₃, кр₂O₃ немесе сәйкес келетін күрделі оксидтер.
Арнайы қорғаныс жабындары мен жылу кедергілері ерекше талап етілетін турбина компоненттерінде де қолданылады.

Жоғары температурадағы коррозия қалай бағаланады?

Зертханалық және пайдалану сынақтарын, басқалармен қатар, талдайды:

• үлгі массасының өзгеруі,
• шкала қалыңдығы,
• металл қимасының жоғалуы,
• масштабты адгезия,
• коррозия өнімдерінің химиялық құрамы,
• беткі қабаттың микроқұрылымы,
• тотығу немесе ішкі карбюризация тереңдігі.

Талдау, басқалармен қатар, мыналарды пайдаланады:

• оптикалық микроскопия,
• СЭМ,
• ЭСҚ,
• Рентгендік рентгендік талдау,
• металлографиялық сараптама,
• экспозиция кезіндегі масса өзгерістерін өлшеу.

Жоғары температуралы коррозия және электрохимиялық коррозия

Материалды таңдағанда ең көп таралған қателіктер

Ең үлкен қателіктердің бірі - болатты тек температураға негіздеп таңдау.
Мәлімдеме:
«болат 1100°C дейін жұмыс істейді»
жеткіліксіз.
Сіз білуіңіз керек:

• 1100°C қандай атмосферада,
• қандай жүктеме кезінде,
• қанша уақытқа дейін,
• температура тұрақты ма, әлде циклдік пе,
• күкірт, хлор немесе көміртек бар ма,
• бетінде шөгінділер пайда бола ма,
• элемент механикалық жүктемелерге төтеп беруі керек пе.

Тек осы ақпаратты біріктіру арқылы ғана дұрыс түрді таңдауға болады.

Жоғары температуралы коррозия – ең маңызды қорытындылар

Жоғары температуралы коррозия болат бетінің тотығуынан әлдеқайда кең ұғым.
Оған, басқалармен қатар, мыналар кіреді: тотығу, сульфидтеу, карбюризациялау, азоттау, галогендік әсер, ыстық коррозия және металл тозаңдануы.
Ыстыққа төзімді болаттардың негізгі қорғаныс механизмі - ықшам және жақсы жабысатын қабыршақ түзу мүмкіндігі.
Ең маңызды қорғаныс қабаттары мыналарға негізделіп жасалады:

• Cr₂O₃,
• Al₂O₃,
• SiO₂.

Сондықтан хром, алюминий және кремний ыстыққа төзімділікті арттыратын ең маңызды элементтердің қатарына жатады.
Никель аустениттің тұрақтылығы, карбюрацияға төзімділігі және жоғары температураға төзімділігі үшін өте маңызды, бірақ күкірт бар атмосфераны қалпына келтіруде әрқашан пайдалы бола бермейді.
Жоғары температуралы болаттардың типтік түрлеріне мыналар жатады: 1.4828, 1.4835 / 253 MA, 1.4841 / AISI 314, 1.4845 / 310S және ферриттік Cr-Si-Al болаттары 1.4713, 1.4724, 1.4742 және 1.4762.
Материалды таңдағанда, шатастырмау керек жылуға төзімділік және сырғымаға төзімділікКомпонент тотығуға төзімді болуы мүмкін, бірақ сырғып кетуіне байланысты істен шығуы мүмкін.
Ең маңызды ереже - материалды тек температура үшін ғана емес, сонымен қатар бүкіл жүйе үшін таңдау: температура + атмосфера + уақыт + жүктеме + жылу циклдары + шөгінділер.

Коррозия материалға, қоршаған ортаға және пайдалану жағдайларына байланысты әртүрлі механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін. Коррозияның басқа түрлері туралы біліңіз:

Болат пен металдардың коррозиясының түрлері

Болат пен металдардың біркелкі коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың шұңқырлы коррозиясы
Тот баспайтын болаттардың саңылау коррозиясы
Тот баспайтын болаттың аралық түйіршік коррозиясы
Стресстік коррозиялық крекинг SCC
Гальваникалық коррозия
Эрозиялық коррозия
Кавитация коррозиясы
Коррозиядан шаршау
Қабат коррозиясы
Микробиологиялық коррозия MIC
Жоғары температуралы коррозия

Коррозияның қоршаған ортаға байланысты жіктелуі

Теңіз коррозиясы – теңіз суындағы болат пен металдардың коррозиясы
Атмосфералық коррозия
Жердің коррозиясы
Тұщы және өнеркәсіптік судағы коррозия
Хлоридті ортадағы коррозия
Қышқыл ортадағы коррозия
Сілтілі ортадағы коррозия
Газдардағы және пайдаланылған газдардағы коррозия
Ағынды сулар мен кәріз жүйелеріндегі коррозия
Химиялық және мұнай-химиялық ортадағы коррозия

Ұқсас тақырыптар

CPT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының коррозиясының маңызды температурасы
PREN – тот баспайтын болаттың коррозияға төзімділік индексі
CCT – тот баспайтын болаттар мен никель қорытпаларының критикалық саңылау коррозиясының температурасы