고온 부식

High-temperature corrosion
12 CrMo 19 5 파이프 스터브 고온 황 부식

고온 부식은 가스 터빈, 디젤 엔진, 용해로 또는 기타 기계들이 특정 오염물질이 포함된 뜨거운 가스와 접촉할 때 발생하는 부식 메커니즘이다. 연료는 때때로 낮은 용융점을 가진 연소 중에 화합물을 형성할 수 있는 바나듐 화합물이나 황산염을 포함한다. 이러한 액체 용해 염은 스테인리스강 및 기타 합금의 경우 부식 및 고온에 대해 일반적으로 불활성화되므로 부식성이 있다. 그 밖에 고온 부식으로는 고온 산화,[1] 황화, 탄산화가 있다. 고온 산화 및 기타 부식 유형은 일반적으로 확산 및 반응 프로세스를 설명하기 위해 딜-그로브 모델을 사용하여 모델링한다.

황산염

황산염에 의한 열부식의 두 가지 유형은 일반적으로 구별된다. 타입 1은 황산나트륨의 용해점 위에서 발생하며 타입 II는 황산나트륨의 용해점 이하에서 발생하지만 소량의3 SO가 존재한다.[2][3]

제1형에서 산화 방지 척도는 녹은 소금에 의해 용해된다. 황은 소금에서 방출되고 확산되어 분리된 회색/파란색 알루미늄 또는 황화 크롬을 형성하는 금속 기질에 들어가 소금층이 제거된 후 강철은 새로운 보호 산화층을 재구축할 수 없다. 알칼리 황산염은 삼산화황과 나트륨 함유 화합물로 형성된다. 바나다이트의 형성을 선호하기 때문에 알칼리 금속의 양이 해당 바나듐의 양보다 많을 경우에만 황산염이 형성된다.[3]

칼륨과 황산마그네슘에서도 같은 종류의 공격이 관찰되었다.

바나듐

바나듐은 석유, 특히 캐나다, 미국 서부, 베네수엘라, 카리브해 지역에서 포르피린 복합체의 형태로 존재한다.[4] 이들 단지는 중잔류 연료 오일의 기초가 되는 고부화 분수에 집중된다. 주로 염화나트륨과 사용후유 처리 화학물질로 인한 나트륨 잔류물도 존재한다. 나트륨과 바나듐이 100ppm 이상이면 연료 재 부식을 일으킬 수 있는 재를 산출하게 된다.[4]

대부분의 연료는 바나듐의 작은 흔적을 포함하고 있다. 바나듐은 다른 바나다이트로 산화된다. 금속의 침전물로 존재하는 용융된 바나데이트는 산화 비늘과 패시브 층을 흐를 수 있다. 더욱이 바나듐의 존재는 금속 기질에 대한 결합 염층을 통해 산소의 확산을 가속화한다; 바나데이트는 반도체 또는 이온 형태로 존재할 수 있다. 여기서 반도체 형태는 산소가 산소 공실을 통해 운반될 때 부식성이 현저히 높다. 대조적으로 이오닉 형태는 바나다이트의 확산에 의해 산소를 운반하는데, 이것은 현저하게 느리다. 반도체 형태는 오산화 바나듐이 풍부하다.[3][5]

고온 또는 낮은 산소 가용성에서 내화 산화물 - 이산화 바나듐 및 삼산화 바나듐 - 형태 이것들은 부식을 촉진하지 않는다. 그러나, 가장 흔한 연소 조건에서는 오산화 바나듐이 형성된다. 산화나트륨과 함께 다양한 성분비의 바나데이트가 형성된다. NaO2.6 VO에25 근접한 성분의 바나데이트는 593 °C에서 816 °C 사이의 온도에서 가장 높은 부식률을 가지고 있다. 낮은 온도에서 바나데이트는 고체 상태에 있고 바나듐 비율이 높은 바나데이트는 더 높은 부식률을 제공한다.[5][3]

용융된 바나다이트 내 수용층 산화물의 용해성은 산화층의 구성에 따라 달라진다. 산화철2(III) 산화물은25 NaO.6 VO와 6 NaO2 사이의 바나다이트에 쉽게 용해된다.VO25, 705 °C 미만의 온도에서 바나다이트의 질량과 같은 양까지. 이 구성 범위는 재에 흔히 있는 것으로, 이것이 문제를 악화시킨다. 크롬(III) 산화물, 니켈()II) 산화물 및 코발트 ()II) 산화물은 바나다이트에 덜 용해되며, 바나다이트를 부식성이 낮은 이온 형태로 변환하고 바나다이트의 바나다이트는 단단하게 접착되고 굴절되며 산소 장벽으로 작용한다.[5][3]

바나데이트에 의한 부식률은 연소를 위한 잉여공기의 양(우선적으로 내화산소를 형성함), 노출된 표면의 내화 코팅 또는 고크롬 합금(예: 50% Ni/50% Cr 또는 40% Ni/60% Cr)을 낮추어 낮출 수 있다.

1:3의 비율로 나트륨이 존재하면 가장 낮은 용해점을 얻을 수 있으므로 피해야 한다. 535 °C의 이 용해점은 피스톤 크라운, 밸브 시트, 터보차저와 같은 엔진의 핫 스폿에 문제를 일으킬 수 있다.[5][3]

이끌다

납은 산화 방지 비늘을 유동화할 수 있는 낮은 용해 슬래그를 형성할 수 있다. 납은 용융된 납에 노출될 때 일반적인 재료에서 응력 부식 균열을 유발하는 것으로 더 잘 알려져 있다. 납의 균열 경향은 철제 용기와 용융된 납 욕조용 용기 등 대부분의 철제 기반 합금이 균열로 인해 실패하기 때문에 한동안 알려져 왔다.[7]

참고 항목

참조

  1. ^ Birks, N.; Meier, Gerald H.; Pettit, F. S. (2006). Introduction to the high-temperature oxidation of metals (2nd ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0-511-16162-X. OCLC 77562951.
  2. ^ Young, David John (2008). High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals. ISBN 978-0-08-044587-8.
  3. ^ a b c d e f Lai, G. Y (January 2007). High-temperature corrosion and materials applications. p. 321. ISBN 978-0-87170-853-3.
  4. ^ a b Branan, Carl (2005-08-16). Rules of thumb for chemical engineers: A manual of quick, accurate solutions to everyday process engineering problems. p. 293. ISBN 978-0-7506-7856-8. Archived from the original on 2018-04-18. Retrieved 2021-02-08.
  5. ^ a b c d Chilingar, George V; Yen, Teh Fu (1978-01-01). Bitumens, asphalts, and tar sands. p. 232. ISBN 978-0-444-41619-3.
  6. ^ Carl Branan의 화학 엔지니어용 경험칙: 일상적인 프로세스 엔지니어링 문제에 대한 빠르고 정확한 해결책의 매뉴얼 Wayback Machine Gulf Professional Publishing, 2005, ISBN 0-7506-7856-9 페이지 294
  7. ^ Fontana, Mars G. (1987). Corrosion engineering (3rd, international ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-100360-6. OCLC 77545140.

외부 링크