渣油加氢高压空冷器国产化825合金材料耐蚀性能研究

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随着现代科学技术的不断进步,化工、航天、交通运输以及其相关领域都得到了很快的发展,对于这些行业的材料设备以及生产装备的要求也是越来越高。例如,石化行业中,很多设备都是在高温高压下运行。随着加工原料油的劣质化,采用碳钢制造的加氢高压空冷器的腐蚀和泄漏问题越来越突出,同奥氏体不锈钢、碳钢类材料相比,具有高Cr含量的镍基耐蚀合金是较为理想的材料。具有代表性的镍基合金材料是Incoloy825合金材料(简称825合金)。过去由于国内的冶金技术不成熟等诸多因素的影响,825合金材料大多依赖进口。近年来,我国的冶金技术日趋成熟,已成功研制出了拥有自主产权的825合金,并于2010年上市。因此,研究国产825合金的耐腐蚀性能具有重要的应用价值,其研究结果可为化工容器设计部门和使用该材料的用户提供参考依据。1.对国产825合金的管材与板材进行金相组织与元素分析,并采用腐蚀挂片法研究其板材在酸性(HCl、HNO3和H2SO4)、碱性(NaOH)和盐(NH4Cl、Na2S、NaCl以及Na2SO4与不同浓度NaCl的混盐)介质中的腐蚀状况,研究结果表明:国产825合金的管材与板材的主要构成元素为Ni,Cr,Fe,Mo,并含有少量的Al,Si,两者的金相组织为单相奥氏体;在H2SO4溶液中,国产825合金的腐蚀速率随H2SO4浓度的增加先增大后减小,在H2SO4浓度为40%时最大,在其它腐蚀介质中,国产825合金的腐蚀速率随介质的浓度增加而增大;国产825合金在HCl和H2SO4中的腐蚀速率明显大于HNO3,NaOH和不同的盐介质。2.采用腐蚀电化学方法研究国产825合金板材在酸性(HCl、HNO3和H2SO4)、碱性(NaOH)、盐(NH4Cl、Na2S、NaCl以及Na2SO4与不同浓度NaCl的混盐)介质中的耐蚀性能。研究结果表明:在H2SO4溶液中,国产825合金的腐蚀速率随H2SO4浓度的增加先增大后减小,在H2SO4浓度为40%时最大,而在其它测试介质中的腐蚀速率均随各自介质浓度的增加而增大。同时电化学测试得到的结果与腐蚀挂片法得到的相一致,并且在HCl与H2SO4介质中,国产825合金出现了明显的钝化区;在HNO3介质中,只有在10%的HNO3中才出现了钝化区;在Na2S介质中出现了二次钝化现象。3.采用拉伸试验、盐雾试验、晶间腐蚀试验和高温氧化试验对国产825合金板材的局部腐蚀性能和高温氧化腐蚀性能进行了研究。研究结果表明:在10%的HCl,2%的NaOH和3.5%的NaCl溶液介质中,国产825合金存在应力腐蚀敏感性,对应的应力腐蚀敏感参数分别为5.1204,2.7108和3.6144。该材料在空气环境中的断裂为韧性断裂;在10%的HCl溶液和2%的NaOH为脆性断裂;3.5%的NaCl溶液中为混合型断裂。在65%沸腾的硝酸中,国产825合金的晶间腐蚀速率为0.0106mm/a,造成晶间腐蚀的原因主要是晶界处的贫铬区所引起;盐雾腐蚀与高温氧化腐蚀中采用316L不锈钢作对比材料,研究结果表明825合金的耐盐雾腐蚀和高温氧化腐蚀性能均大于316L不锈钢,国产825合金和316L不锈钢经盐雾腐蚀550h后的腐蚀速率分别为6.7457×10-6mm/a和9.4747×10-6mm/a;经800oC的高温氧化8h后的腐蚀速率分别为1.1621g/h m2和34.3105g/h m2,氧化后国产825合金表面覆盖了一层紧密的黑色氧化物,氧化物的主要成分为Cr2O3(28.8%),Fe3O4(18.1%),Fe2O3(15.4%)。4.采用化学浸泡法、腐蚀电化学方法研究了国产825合金焊接接头的在HCl和Na2S介质中的耐蚀性能,同时研究了焊接接头的局部腐蚀性能和高温氧化腐蚀性能,并对焊接接头的金相组织进行分析。研究结果表明:焊接接头焊缝区的金相组织为奥氏体+少量的铁素体,母材区为奥氏体,热影响区的金相组织基本与母材和焊缝区一致;150oC温度下,在10%的HCl中浸泡27.5h后焊接接头与母材的腐蚀速率分别为30.4211g/h m2,1.8546g/h m2,并且焊缝区发生了严重的腐蚀,在1mol/L的Na2S浸泡336h后,焊接接头与母材的腐蚀速率分别为0.0019g/h m2,0.0018g/h m2。电化学测试得到的结果与腐蚀浸泡得到的结果相一致;焊接接头的晶间腐蚀速率大于母材,各自的腐蚀速率分别为0.1159mm/a,0.0106mm/a;焊接接头的高温氧化腐蚀速率大于母材,各自的腐蚀速率分别为1.4838g/h m2,1.1621g/h m2
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