고온 노출로 인한 부식 제품

고온 부식을 방지하려면 부식 생성물을 식별하는 것이 중요합니다. 수성 부식 생성물의 분석과 마찬가지로 SEM-EDS 및 XRD와 같은 방법의 조합은 고온에서 형성된 스케일에 존재하는 종을 식별하는 데 필요합니다. 가장 큰 차이점은 스케일이 일반적으로 더 두껍고 종종 다층화되어 횡단면 분석도 필요하다는 것입니다.

이 기사에서는 고온 노출에 의해 생성되는 부식 생성물을 조사하고 이 정보를 부식 방지에 사용할 수 있는 방법을 설명합니다.

부식 제품 테스트

고온 부식은 다층 스케일을 생성하는 경향이 있기 때문에 라인 스캔 및 스폿 맵을 사용하여 다층을 설명할 수 있지만 이러한 기술은 정성적입니다. 그들은 총 개수 표시에 의존합니다. 위치의 밀도는 결과에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 이러한 분석을 정량적 또는 반정량적 데이터 축소로 보완하는 것도 유용합니다.

기체 시스템에 대한 열역학적 모델링은 일반적으로 사용되고 있으며 부식, 산화, 황화 및 그에 따른 부식 생성물과 같은 화학 반응을 예측하는 데 중요한 도구입니다. 이러한 계산은 여러 종을 포함할 수 있기 때문에 Ellingham 다이어그램보다 더 유용합니다. 결과는 실험 결과를 식별하고 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 안정한 종을 식별하여 다양한 가스를 포함하는 등 조건도 쉽게 변경할 수 있습니다.

예를 들어, 부식 생성물 또는 보호 스케일의 온도 의존성은 특정 조건 세트에 대해 평가될 수 있습니다. 다른 한편으로, O₂의 농도를 변화시킴으로써 및 Cl₂ Fe와 같은 주어진 금속에 대해 주어진 온도에서 다양한 산화물 및 염화물 종의 조건을 예측할 수 있습니다. 그러나 이 모델링은 평형 조건을 기반으로 하며 반응 속도론은 그 유용성을 제한할 수 있습니다. 이러한 도구의 장점은 계산을 관찰된 부식 생성물과 비교하고 공정 조건을 검증하는 것입니다.

많은 고온 스케일이 층을 이루며 확산으로 인해 스케일 내 부식제의 농도가 감소하기 때문에 특정 온도에서 부식제 농도를 변경하여 이를 확인할 수 있습니다. 탄소 또는 저합금강의 고온 산화에는 FeO/Fe₃의 스케일 층이 있습니다. O₄ /Fe₂ O₃ . Fe의 산화 상태는 FeO에서 금속상인 Fe(II) 다음으로 가장 낮고 규모/환경 계면으로 갈수록 증가합니다. Fe_{에서 Fe(II)와 Fe(III)의 혼합물입니다. 3} O₄ , 및 Fe₂의 Fe(III) O₃ . 열역학 계산은 평형 공정 흐름과 접촉하는 가장 바깥쪽 열역학적으로 안정적인 부식 생성물을 예측합니다.

아래에 언급된 스케일 제품은 일반적으로 관찰되는 것이지만 정확한 스케일 층은 존재하는 동역학, 온도 및 종의 함수입니다. 이러한 이유로 합금에 대한 열역학적 계산은 스케일의 구성을 이해하는 데 매우 유용합니다. 그러나 온도의 저울은 실온으로 냉각되면 다른 구조로 변형될 수 있습니다.

저합금강을 사용한 스케일 제품

400°C(752°F) 미만에서 Fe의 눈금은 자철광(Fe₃ O₄ ); 공기 중 550°C(1022°F)에서는 Fe가 바깥쪽으로 확산되고 O가 안쪽으로 확산되는 층 구조가 발견됩니다. 따라서 외부 스케일은 적철광(α-Fe₂ O₃ ) 및 내부 규모 자철광. 동일한 조건에서 2 ¹ /₄ % Cr 1% Mo 강철, 가장 바깥쪽 눈금은 적철광이고 안쪽 눈금은 FeCr₂ O₄ 스피넬, 자철광 및 적철광. Fe의 고온 산화는 적철광, 자철광 및 황철석(Fe_1-x 영형). 합금에서 Cr이 증가하면 혼합 스피넬(Fe,Cr)이 생성될 수 있습니다.₂ O₄ . 스케일의 구성은 온도와 O₂에 따라 다릅니다. 부분 압력. H₂의 존재 O는 내부 (Fe,Cr)₃를 생성합니다. O₄ , 중간 규모의 자철광 및 외부 규모의 적철광. 합금은 완전한 보호 크로미아를 위해 최소 14% Cr이 필요합니다(Cr₂ O₃ ) Fe의 외부 확산과 O와 같은 다른 종의 내부 확산을 방지하는 층. 따라서 저합금강은 약 300°C(572°F) 미만의 노출 온도로 제한됩니다.

SO₂의 존재 위스커 성장과 더 느리게 성장하는 자철석 층을 생성할 수 있습니다. FeS는 내부 자철석 층에서 개별 입자로 형성되는 반면 황산철은 SO₂의 분압에 따라 산화물 표면에서 형성됩니다. .

오스테나이트 스테인리스강을 사용한 스케일 제품

오스테나이트계 스테인리스 강의 높은 Cr 함량은 최대 약 850°C(1562°F)까지 스케일링을 최소화하기에 충분한 산화 보호 기능을 제공합니다. 저울은 크로미아의 내부 저울(Cr_x Fe_1-x )₂ O₃ 또는 Cr 풍부(Cr, Fe, Mn)₃ O₄ 적철광의 외부 층으로. 900°C(1652°F) 이상에서는 크로미아가 풍부한 비늘이 O₂와 더 반응할 수 있습니다. CrO₃ 형성 , 휘발성입니다. 충분한 경우 수증기의 존재는 산화물의 Cr과 반응하여 휘발성 CrO₂를 형성할 가능성이 있습니다. (OH)₂ , 이는 Fe가 풍부한 비보호 스케일과 이탈 산화 가능성을 초래합니다.

O₂에 HCl 첨가 및 H₂ O 600°C(1112°F)에서 (Fe,Cr)₃의 더 두꺼운 비보호 스케일 생성 O₄ , 자철광 및 적철광. 금속 염화물 입자가 스케일 금속 계면에 포함될 수 있습니다. 다양한 양의 O₂를 포함하는 바이오매스 또는 연도 가스 조건의 일반적인 부식 생성물 , CO₂ , SO₂ 및 HCl은 Ni₃의 내부 층을 생성합니다. S₂ , 스피넬과 적철광의 중간층, 외부 SO₄ ⁼ , Fe_x 오_y 및 금속 염화물 입자. H₂의 존재 O는 얇은 (Fe, Cr, Ni)₃을 생성합니다. O₄ 내부 레이어.

황화의 스케일 제품은 온도와 환원성 S 종의 부분압의 함수입니다. 충분한 환원 조건에서 크로미아 보호층은 Cr₂로 황화될 수 있습니다. S₃ 또는 Cr₅ S₆; 그러나 더 높은 유황 분압에서는 다층 황화물 스케일이 성장할 것입니다. 내부 스케일은 중간 스케일의 스피넬 도브렐라이트(FeCr₂ S₄ ) 다양한 Fe-Cr 함량 및 외부 자철광(Fe_1-x S) 규모. 더 높은 온도 및/또는 S 부분 압력에서 외부 눈금은 (Fe,Ni)_1-x일 수 있습니다. S 및 펜틀란다이트(Fe,Ni)_9-x S₈ .

FeCrAl 합금의 산화를 위해 Cr₂의 초기 형성이 있습니다. O₃ 적철광 및 강옥의 핵 생성(α-Al₂ O₃ ). 물의 존재는 층 사이에 크로미아가 풍부한 입자를 갖는 커런덤의 외부 층 구조를 생성합니다. FeCrAl 합금은 고온 증기 산화가 개선되었으며 사고 내성이 있는 핵연료 피복재로 간주됩니다.

고온 니켈 기반 합금을 사용한 스케일 제품

Ni 합금은 다양한 조성을 가지고 있으므로 부식 규모는 합금에 따라 달라질 수 있습니다. Cr 함량이 높을수록 Ni 기반 합금은 내산화성이 높아집니다. 산화의 초기 단계에서 연속적인 NiO 층이 형성되는 반면 Cr₂ O₃ 결정립계에 섬이 형성됩니다. Fe가 합금에 존재하는 경우 레이어는 NiFe₂를 포함할 수 있습니다. O₄ . 외부 NiO 층이 금속으로 성장함에 따라 Cr₂ 섬과 마주칩니다. O₃ , NiCr₂를 형성합니다. O₄ 또는 (NiFe_2-x Cr_x )O₄ 스피넬 섬. Ni 함유 산화물은 Cr₂보다 덜 보호적이기 때문에 O₃ , 외부 눈금은 내부 스피넬 눈금과 Cr₂이 있는 NiO입니다. O₃ 층. 합금의 Fe 함량에 따라 외부 스케일에서도 적철광이 관찰될 수 있습니다. Al 함량이 높고 온도가 약 1000°C(1832°F) 이상인 합금의 경우 NiO 및 Cr₂과 결합할 때 커런덤의 내부 스케일이 발생하는 경향이 있습니다. O₃ 스피넬을 형성할 수 있습니다.

Cl₂에서 Ni의 염소화 또는 HCl은 NiCl₂을 생성합니다. 규모. O₂의 부분압에 따라 , NiO 스케일도 존재할 수 있습니다.

HCl, CO₂ 기체를 사용한 연구의 경우 , CO, H₂ 및 H₂ 환원되는 S이며 온도에 따라 Alloy HT의 부식생성물은 FeCl₂로 확인되었습니다. (더 높은 온도에서 증발), Cr₂ S₃ , Cr₂ O₃ 및 NiS. 이러한 동일한 조건에서 Alloy 600은 Cr₂ O₃ 및 Cr₂ S₃ 저울 제품으로.

황화 조건에서 900°C(1652°F)의 합금 601은 Ni₃의 외부 스케일을 가졌습니다. S₂ , (Fe,Ni)₉ S₈ 및 FeCr₂ S₄ , 황화물이 혼합된 강옥 층과 FeCr₂의 가장 안쪽 층 S₄ 및 Ni₃ S₂ .

H₂ 포함 S/H₂ 645°C 이상 (Fe,Cr,Ni)₃ S₂ 액체 제품을 형성할 수 있습니다. O₂와의 조합 SO₂ 감소 Cr₂의 이탈 부식을 일으킬 수 있음 O₃ 및 Ni₂ S₃ . 이러한 조건은 이러한 합금의 적용 가능성을 제한할 수 있습니다.

결론

고온 부식에는 여러 주요 제품이 포함됩니다. 이를 식별하여 향후 부식을 방지할 수 있습니다.