HP40合金在H20／H2和空气中氧化行为研究.pdf

第42卷 第9期 化 工 技 术 与 开 发 V0I．42 No．9 2013年9月 TechnologyDevelopmentofChemicalIndustry Sep．2013 HP40合金在H2O／H2和空气中氧化行为的研究 任衍伦，刘京雷 ，颜 磊，张 莉 ，徐 宏 (华东理工大学机械与动力工程学院 化学工程联合国家重点实验室，上海 200237) 摘 要：在H20H／2和空气的状态下，HP40合金试样表面氧化出不同的复合氧化层，对比研究在不同的氧化条件 下试件表面氧化物的组成。用XRD、EDS和sEM分别对两种环境下的试样表面氧化层的情况进行了对比分析。结果 表明，在H20H／2~氛下，试样表面生成了包含尖晶石的氧化层，随温度的升高，由针状变为颗粒状；在空气条件下， 随着温度升高，形成了致密颗粒状富铬氧化物，并且逐渐长大，部分高温氧化下，试样表面氧化层出现了剥落。不 同氧化对H蝴 表面氧化影响较大，不同金属氧化物在氧分压不同时，表现出稳定性不同。 关键词：I-IP40~金；H20]H2；空气；氧化行为 中图分类号：TG174．4 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2013)09-0001-04 HP40合金以其优异的抗高温蠕变断裂强度、抗 袁霞光 研究了HP40合金在低氧分压下的 氧化、抗腐蚀性等，得到了广泛的应用，在石油化工 氧化情况。合金氧化后，在合金表面形成具有抑制 行业常被用为乙烯裂解炉炉管材料 [1～。石油化工 催化结热能力的软化膜，表面氧化膜的主要成分由 行业生产环境相对恶劣，炉管在高温、高压、腐蚀等 外及里分为3层，分别为 MnCr20尖晶石层、Cr20， 环境下长期服役，会出现组织结构的显著弱化。通 层和SiO：层，氧化膜的厚度约为2 m，氧化温度为 常条件下，乙烯裂解炉炉管的失效在于炉管的结焦， 900oC时氧化膜的结焦抑制率可达到90％，氧化膜 不同气氛下的氧化行为对于研究结焦机理具有重要 可有效抑制丝状催化焦炭的产生。 的意义，因此长期以来，对于炉管材料不同氧分气氛 HP40合金在不同气氛下的氧化差别情况尚不 下的氧化行为的对比一直是科研的重点。 明确，本文分别在 H2O／H2和空气的状态下对 HP40 颜磊等 [31采用原位氧化法于H 和水蒸汽形成 进行了不同温度的氧化，对产物进行了对比分析，对 的低氧分压环境中，在 HP40合金表面制备复合氧 研究HP40钢的氧化失效行为具有重要意义。 化膜。用XRD、EDS和SEM分别表征合金表面氧 1实验部分 化膜的物相、成分、形貌 ，以及在氧化层截面上各组 元的线和面分布状态。结果表明，随着制备温度的 1．1 实验材料 升高 ，合金表面 MnCr20尖晶石逐渐增加，其形貌 实验所用 HP40合金成分见表 1，线切割为 由针状逐渐变为颗粒状 ，颗粒尺寸小于 1 m；氧化 2(~nm×l(~nn×2ram的试样，用 180#至800#碳化硅 膜的总厚度为7 m，由外向内分别为MnCr20尖晶 砂纸依次打磨并抛光，然后用丙酮在超声中洗净备用。 石 、Cr203和 SiO23层。 1．2 实验装置 表 1 HP40合金成分 Tab．1 ElementcompositionofHP40all0y 实验的装置如图1所示，氧化炉为OTF一1700管 1000％、1100~和 1200。=【。升温前，只打开阀门1，待 式炉。水浴槽温度为20℃。氧化温度分别为900％、 装置中空气排尽后，只打开阀门2，并将 H 的流量调 基金项 目：教育部博士点基金项 目