Механизм "катастрофического" окисления металлов и сплавов в серосодержащих газовых средах

• Автор: Рослик, Александр Константинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Свердловск
• Количество страниц: 191 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. РАСЧЕТ РАВНОВЕСНЫХ АКТИВНОСТЕЙ ГАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ

В ГОМОГЕННОЙ СРЕДЕ СЛОЕНОГО СОСТАВА

1.1. Введение

1.2. Расчет сложных прливариантных равновесий в гомогенной газовой рреде. Метод Бринкли
1.3. Развитие метода Бринкли при расчетах термодинамических равновесий в широких интервалах температур и составов
ВЫВОДЫ
2. ЭФФЕКТ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ НА КИНЕТИКУ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ

2.1. Состояние вопроса и постановка задачи

2.2. Методика эксперимента

2.3. Результаты экспериментов

2.4. Обсуждение результатов
ВЫВОДЫ
3. КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ МОДЕЛЬНЫХ БИНАРНЫХ СПЛАВОВ J/l - Сг И Fe
В S0Z -СОДЕРЖАЩЕ АТМОСФЕРАХ
3.1. Состояние вопроса и постановка задачи
3.2. Материал и методика исследований
3.3. Кинетика окисления I/l - Сг и Fe -Сг сплавов
3.4. Морфология окалины на Ni - Сг ж ре-Сг сплавах
3.5. Физическая природа явления катастрофического окисления tji - Сг сплавов
ВЫВОДЫ

4. СТРУКТУРА ДИФФУЗИОННОЙ ЗОНЫ, ФОРМУЮЩАЯСЯ ПРИ ОКИСЛЕНИИ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ В СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ
4.1. Состояние вопроса и постановка задачи
4.2. Материалы, методики испытаний и проведения измерений
4.3. Морфология окалины и подокисной зоны хромонике-левых сталей и сплавов
ВЫВОДЫ
5. РАЗРАБОТКА ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА, СТОЙКОГО ПРОТИВ ОКИСЛЕНИЯ В Я02 - СОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ И ЕГО
ВНЕДРЕНИЕ
5.1. Постановка задачи и состояние вопроса
5.2. Разработка сплава типа Х36Н40 в качестве материала колосников обжиговой машины
5.3. Опытно-промышленное испытание разрабатываемого сплава
5.4. Промышленное внедрение сплава типа Х36Н40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ИТОГИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Кинетика и механизм реакций металлов и сплавов с простым газовым реагентом, таким как кислород или газообразная сера,достигли научного понимания благодаря фундаментальным разработкам Вагнера /I/, Хауффе /2/. Однако, в условиях эксплуатации металлы, а чаще их сплавы, редко взаимодействуют только с одним окислителем. Основными источниками энергии до сих пор остаются ископаемые топлива, такие как уголь, нефть и мазут, природный газ. Газообразные продукты сгорания этих топлив практически всегда содержат соединения этих элементов.
Традиционные нержавеющие и жаростойкие никелевые сплавы в высокотемпературных газовых средах, содержащих добавки двуокиси серы , подвергаются ускоренной коррозии.
Хотя изучению кинетики и механизма окисления никеля и его сплавов посвящены многочисленные работы, научное понимание механизма переноса серы и термодинамический анализ условий образования ее соединений в окалине остаются неполными.
Знание механизма высокотемпературного окисления в общем случае сплавов системы 1/1 - Сг-~ Ре. в серосодержащих средах позволит решить проблему состава, следовательно, и оптимального легирования используемых в промышленности сталей и сплавов.
В практике отечественного машиностроения отсутствует опыт изготовления и эксплуатации изделий, работающих под нагрузкой при температурах 800-1000°С в продуктах сгорания высокосернистых мазутов. В связи с этим определение легирования материала для работы в указанных условиях имеет большое народно-хозяйственное значение в обеспечении надежной эксплуатационной стойкости деталей, например, горно-металлургического оборудования.

Напротив, коэффициент диффузии серы в №0 (поликристалли-ческом, при Ю00°С) слишком мал для наблюдаемой быстрой коррозии никеля: <эб& ~ /20/.
Если первый возможный механизм образования сульфидов во
внутренней окалине связывают с растворением серн в оксиде и направленной к границе металл - окалина ее диффузией, то второй основной механизм - это проникновение серы в молекулярной форме через окалину, потерявшую сплошность /21,22/.
Проникающую способность >502 по границам зерен, через физические дефекты окалины (микротрещины) оценивали при изучении кинетики окисления предварительно окисленных образцов никеля /23,24/ и сплавов Ге - О /25/.
Получено /23/, что скорость диффузии реагентов через О
зависит от температуры образования оксида в процессе предварительного окисления.
В работах /26,27/ отдается предпочтение механизму црямого проникновения ЗС>2 к границе металл - окалина, т.к. он допускает по мнению авторов образование сульфидов цри условиях, в которых механизм диффузии серы исключал бы их образование.
Локальный максимум скорости параболического закона окисления никеля в зависимости от температуры наблюдается обычно вблизи 700°С /28,29/. Анализ оригинальных работ по обнаружению этого локального ускорения скорости коррозии показывает, что температура пика может принимать близкие значения в интервале 600-750°С в зависимости от начального состава газовой смеси. Также считается установленным, что величина пика возрастает с увеличением содержания £02 в газовой атмосфере + /п£С>2 + (I —%)СС>2,
по крайней мере, начиная с т. =I% /30/. В работе /31/ показано, что возрастание скорости окисления никеля на два порядка в области катастрофического” окисления коррелирует с данными опытов по из-