高温暴露によって生成される腐食生成物
高温腐食を防ぐには、腐食生成物を特定することが重要です。水性腐食生成物の分析と同様に、SEM-EDS や XRD などの方法を組み合わせて、高温で形成されたスケールに存在する種を特定する必要があります。主な違いは、スケールが一般的に厚く、多くの場合多層であることです。これは、横断的な分析も必要であることを意味します。
この記事では、高温暴露によって生成される腐食生成物を調べ、この情報を腐食防止にどのように使用できるかを説明します。
腐食生成物のテスト
高温腐食は多層のスケールを生成する傾向があるため、ライン スキャンとスポット マップを使用して多層を示すことができますが、これらの手法は定性的なものです。合計数の表示に依存しています。場所の密度が結果に影響を与える可能性があります。したがって、これらの分析を定量的または半定量的なデータ削減で補うことも有用です。
ガス系の熱力学モデリングは一般的に使用されるようになり、腐食、酸化、硫化、および結果として生じる腐食生成物などの化学反応を予測するための重要なツールです。このような計算は、複数の種を含めることができるため、エリンガム図よりも便利です。結果は、実験結果の特定と確認に役立ちます。安定した種を特定してさまざまなガスを含めるなど、条件も簡単に変更できます。
たとえば、腐食生成物または保護スケールの温度依存性は、特定の条件セットについて評価できます。一方、O2 の濃度を変化させることで、 および Cl2 Fe などの特定の金属の場合、さまざまな酸化物および塩化物種の条件を特定の温度で予測できます。ただし、このモデリングは平衡条件に基づいており、反応速度論によってその有用性が制限される可能性があります。このようなツールの利点は、計算を観察された腐食生成物と比較し、プロセス条件を検証することです。
多くの高温スケールは層状になっており、スケール中の腐食物質の濃度は拡散により低下するため、特定の温度での腐食物質の濃度を変化させることでこれらを認識することができます。炭素または低合金鋼の高温酸化には、FeO/Fe
以下に示すスケール生成物は通常観察されるものですが、正確なスケール層は存在する速度論、温度、および種の関数です。そのため、合金の熱力学計算は、スケールの組成を理解するのに非常に役立ちます。ただし、ある温度のスケールは、室温まで冷却すると別の構造に変化する可能性があります。
低合金鋼を使用した製品のスケーリング
400°C (752°F) 未満では、Fe のスケールはマグネタイト (Fe3 O4 );一方、空気中 550°C (1022°F) では、Fe が外側に拡散し、O が内側に拡散する層状構造が見られます。したがって、外側のスケールはヘマタイト (α-Fe2) になりがちです。 O3 ) と内部スケール マグネタイト。 2 1 と同じ条件下で /4 % Cr 1% Mo 鋼、最も外側のスケールはヘマタイト、内側のスケールは FeCr2 O4 スピネル、マグネタイト、ヘマタイト。 Fe の高温酸化により、ヘマタイト、マグネタイト、ウスタイトの 3 層スケール (Fe1-x) が生成されます。 O)。合金中の Cr の増加は、混合スピネル (Fe,Cr)2 をもたらす可能性があります。 O4 .スケールの組成は温度と O2 によって変化します 分圧。 H2 の存在 O はインナー (Fe,Cr)3 を生成します O4 、マグネタイトの中間スケールとヘマタイトの外側スケール。合金は、完全な保護クロミア (Cr2 O3 ) 層は、Fe の外側への拡散と、O などの他の種の内側への拡散を防ぎます。したがって、低合金鋼は、約 300°C (572°F) 未満の暴露温度に制限されます。
SO2の存在 ウィスカの成長とゆっくりと成長する磁鉄鉱層を生成できます。 SO
オーステナイト系ステンレス鋼を使用した製品のスケーリング
オーステナイト系ステンレス鋼のより高い Cr 含有量は、約 850°C (1562°F) までのスケーリングを最小限に抑えるのに十分な酸化保護を提供します。スケールは、クロミアの内部スケール (Crx Fe1-x )2 O3 または Cr リッチ (Cr、Fe、Mn)3 O4 ヘマタイトの外層を持つ。 900°C (1652°F) を超えると、クロミアが豊富なスケールが O2 とさらに反応する可能性があります。 CrO3 を形成する 、揮発性です。水蒸気の存在が十分であれば、酸化物中の Cr と反応して、揮発性の CrO2 を形成する可能性があります。 (ああ)2 、Fe が豊富な非保護スケールと離脱酸化の可能性をもたらします。
O2 への HCl の付加 と H2 600°C (1112°F) の O は、(Fe,Cr)3 のより厚く非保護的なスケールを生成します O4 、マグネタイト、ヘマタイト。金属塩化物粒子は、スケール金属界面に埋め込まれている可能性があります。さまざまな量の O2 を含むバイオマスまたは煙道ガス条件からの典型的な腐食生成物 、CO2 、SO2 および HCl により、Ni3 の内層が形成されます S2 、スピネルとヘマタイトの中間層、および外側のSO4 = 、Fex Oy および金属塩化物粒子。 H2 の存在 Oは薄い（Fe、Cr、Ni）3を生成します O4 内層。
硫化によるスケール生成物は、温度と還元 S 種の分圧の関数です。十分な還元条件下では、クロミア保護層は Cr2 に硫化されます。 S3 またはCr5 S6;ただし、硫黄分圧が高くなると、多層硫化物スケールが成長します。内側のスケールは、スピネル ドーブレライト (FeCr2) のミドル スケールを持つ Cr リッチな S スケールになります。 S4 ) 可変の Fe-Cr 含有量と外側の磁硫鉄鉱 (Fe1-x S) スケール。より高い温度および/または S 分圧では、外側のスケールは (Fe,Ni)1-x になる可能性があります S とペントランダイト (Fe,Ni)9-x S8 .
FeCrAl 合金の酸化では、最初に Cr2 が形成されます。 O3 そして赤鉄鉱、そしてコランダムの核生成 (α-Al2 O3 ）。水の存在により、層間にクロミアが豊富な粒子を持つコランダムの外層構造が生成されます。 FeCrAl 合金は高温水蒸気酸化が改善されており、耐事故性核燃料被覆材と見なされています。
高温ニッケル基合金を使用したスケール製品
Ni 合金はさまざまな組成を持っているため、腐食スケールは合金によって異なります。 Cr含有量が高いほど、Ni基合金は耐酸化性が高くなります。酸化の初期段階では、連続した NiO 層が形成されますが、Cr
いずれかの Cl2 での Ni の塩素化 または HCl は NiCl2 を生成します 規模。 O2 の分圧に応じて 、NiO スケールも存在する可能性があります。
HClガス、CO2ガスでの研究用 、CO、H2 と H2 S は減少し、温度に応じて、合金 HT の腐食生成物は FeCl2 として識別されました。 (高温で蒸発)、Cr2 S3 、Cr2 O3 とNiS。これらの同じ条件下で、合金 600 には Cr2 が含まれていました O3 と Cr2 S3 スケール プロダクトとして。
硫化条件下で 900°C (1652°F) の合金 601 の外側のスケールは Ni3 でした S2 , (Fe,Ni)9 S8 、FeCr2 S4 、混合硫化物を含むコランダムの層と FeCr2 の最内層 S4 と Ni3 S2 .
H2で S/H2 645°C 以上では (Fe,Cr,Ni)3 S2 液体製品を形成することができます。 O2との組み合わせ SO2を減らして Cr2 の剥離腐食を引き起こす可能性があります O3 と Ni2 S3 .このような条件は、これらの合金の適用性を制限する可能性があります.
結論
高温腐食には、多くの重要な製品が関係しています。これらを特定することで、将来の腐食を防ぐことができます。
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