Monel400铜镍合金在不同氯离子浓度和温度下的腐蚀行为

Monel400铜镍合金在不同氯离子浓度和温度下的腐蚀行为

随着石油化工、化纤技术的高速发展 ,化工过程参数(温度、压力、介质浓度) 的强化 ,介质腐蚀性很强的场合越来越多 ,这些因素促使具有高度耐蚀性能的特殊材料逐渐广泛使用 ,其中镍基耐蚀合金的应用最为广泛 ,Monel 400 是 Ni - Cu 固溶体的单相奥氏体合金,具有优良的耐蚀性能和中温强度 ,尤其是在中高温的强酸、强碱中表现出较好的耐蚀效果。Monel 400 制压力容器的使用将提高设备的寿命 ,减少非计划停车的次数 ,延长设备检修周期 ,减少维修费用、停工损失及事故的发生 ,有利于装置的安、稳、长、满、优运行。因此 ,近年来这种合金在我国的石油化工及核工业的特殊设备制造中得到广泛的应用 。

Monel 铸造合金在国外已大量应用 ,国内的应用并不多。鉴于Monel合金的优异性能,按照美国标准的M—35—1的化学成分和力学性能的要求取材,采用静态摸拟点腐蚀实验方法,在不同浓度和不同温度时,研究新、旧Monel400在三氯化铁溶液中的腐蚀行为,通过对两种情况下的金相图片和能谱进行分析,以期获得理论和实验依据。

1、试验材料及方法

将新、旧Monel400钢制成25mm×10mm×3mm的试样,其中旧试样是已服役8年的酸再生塔的内表面所取的试样,标准化学成分和力学性能如表1,2所示。用200#水砂纸打磨后,经表面处理,除去表面的油污及氧化层,螺旋测微仪测定试样尺寸,放入精度为011mg的电子天平中称量原始重量。

将2mlHCl和490ml蒸馏水稀释后加入一定量的FeCl3,配成500mlFeCl3溶液。然后将试样浸没在溶液中,在数显恒温水浴锅中分别进行不同温度和不同浓度下的点蚀试验。

2、试验结果及分析

2.1 服役条件下Monel400腐蚀速率分布根据连续两年测厚报告,得出不同高度的腐蚀速率曲线图,如图1所示,发现底部壁厚减薄的速度比顶部明显加快,尤其在泄漏失效的前一两年更为明显。

由图1的曲线变化趋势,最大的腐蚀速率达到了0164mm/a,最小也有0117mm/a,这远比标准要求的011mm/a高。

2.2 Cl-浓度对Monel400耐蚀性的影响同一温度下新、旧Monel400在6%、10%、16%和20%的三氯化铁溶液中的腐蚀动力学曲线

如图2所示。从图中可以看出,二者腐蚀速率曲线的变化趋势一致,材料的腐蚀速率随着浓度的增加而增加,但新材料的腐蚀速率较高。

2.3温度对Monel400耐污蚀性的影响

不同温度时新、旧Monel400在10%的三氯化铁溶液中的腐蚀动力学曲线如图3所示,新材料的腐蚀速率较高。

2.4金相分析

图4,5所示为采用三氯化铁和盐酸的水溶液腐蚀后新、旧试样的金相,经分析得出旧材质晶粒尺寸小,金属组织较新材质均匀,因而材质的抗腐蚀性能得到加强。

2.5扫描电镜及能谱分析

从图6,7中可以看出,新、旧试样在成分上基本一致,由电镜图分析发现旧试样的晶粒尺寸较小,新试样上晶内出现小孔洞,使材料表面的组织更容易破坏,这种现象在旧试样上出现的频率很小,由此在相同的试验条件下,新试样会发生较严重的点腐蚀和电化学腐蚀[6],所以Monel400合金在服役过程中耐蚀性能不会随时间推移而退化。

3、结论

(1)蒙乃尔合金的腐蚀速率随Cl-浓度、温度的升高而增大。

(2)旧试样的晶粒尺寸略小,材料表面组织更均匀,耐蚀性能更强;新试样表面出现了较多的孔洞造成耐蚀性能的下降。Monel400合金从表2中的计算结果可以看出:在减弱系数为1(筒体有效厚度几乎等于筒体理论厚度)的情况下,由于GB9222规定的有效加强范围比ASME规定的有效加强范围要小,因此GB9222在有效加强宽度达到极限状况下,仍然出现无法确保开孔补强合格的情况。而在相同情况下,ASME标准由于有效加强范围的定义不同,则可以保证开孔补强合格。

4、结语

介绍了ASME标准与GB9222在余热锅炉高压汽包筒体开孔补强方法上的区别,虽然ASME标准采用的安全系数(nb=315)大于GB9222中的安全系数(nb=217),但采用ASME标准,开孔可以通过补强而将汽包设计为减弱系数E=1,故该余热锅炉采用ASME标准可以选用较薄的筒体壁厚。