بخشی از مقاله
چکیده
دهانه کنورترهای مجتمع مس سرچشمه از چهار قطعه فولاد زنگ نزن مقاوم به حرارت - Fe-25Cr-12Ni - ساخته شده است. این قطعات در معرض گازهای خروجی حاوی SO2در دمای 1100℃ قرار دارند و دچار اکسیداسیون و سولفیداسیون در این دما میشوند. در این تحقیق رفتار خوردگی دما بالای نمونههای بدون آلومینیوم و دارای مقادیر مختلف آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفت.
برای بررسی رفتار خوردگی دما بالا، آزمایش اکسیداسیون- سولفیداسیون در دمای 1100℃ در اتمسفر حاوی %5 گاز SO2 به مدت 100ساعت بر روی نمونههای تهیه شده از این آلیاژها انجام و سپس تغییر وزن نمونهها اندازهگیری شد. با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس - - XRD و میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM، نوع و ساختار پوسته تشکیل شده بررسی شد.
نتایج نشان داد که در نمونه بدون آلومینیوم، پوسته محافظ Cr2O3تشکیل نشده است و در نمونههای آلومینیوم دار لایه آلومینا - - Al2O3 تشکیل شده است. با افزودن آلومینیوم به میزان3،5 و8 درصد وزنی به این آلیاژ، مقاومت به خوردگی دما بالا به ترتیب 53، 64 و71 درصد نسبت به آلیاژ بدون آلومینیوم به دلیل تشکیل لایه محافظ آلومینا - Al2O3 - افزایش یافت.
مقدمه
کنورتر کوره ای مبدل است، که جهت تبدیل مات مس - 70-30درصد مذاب مس به همراه گوگرد و آهن - به مس بلیستر - مذاب مس با خلوص - %98، مورد استفاده قرار میگیرد.[1]دهانه کنورترهای مجتمع مس سرچشمه از چهار قطعه فولاد مقاوم یه حرارت ریختگی - - Fe-25Cr-12Ni تشکیل شده است که در معرض گازهای خروجی حاوی دی اکسید گوگرد دچار خوردگی دمای بالا می شوند.
بهترین حفاظت مواد فلزی در برابر اکسیداسیون دمای بالا بر اساس تشکیل یک پوسته اکسیدی محافظ است که به عنوان یک مانع در برابر نفوذ عمل کند و فلز پایه را از اتمسفر خورنده حفظ کند.[2] با توجه به استفاده گسترده از فولادهای تشکیل دهنده کرومیا، استفاده از این آلیاژها برای دماها و عمر بالا با مشکلاتی مواجه است و استفاده از این فولادها به دلیل رشد سریع پوسته و تبخیر CrO3در هوا در دماهای بالاتر از1000 ℃، کاهش یافته است.
فولادهای مقاوم به حرارت، عموما برای حفاطت در برابر خوردگی در دمای بالا به تشکیل پوسته های Cr2O3 و Al2O3 متکی بوده که بستگی به دما دارد. اغلب فولادهای مقاوم به حرارت تجاری، شامل مقادیر قابل توجهی کروم به عنوان عنصر آلیاژی برای تضمین تشکیل پوسته ای فشرده و چسبنده از Cr2O3جهت حفاظت آلیاژ از اکسیداسیون در دمای بالا میباشد.
اغلب فولادهای مقاوم به حرارت تجاری، شامل مقادیر کافی کروم به عنوان عنصر آلیاژی هستند که تشکیل لایه چسبنده و محافظ Cr2O3را تضمین میکند. به هر حال، با رشد پوسته، حساسیت به پوسته ای شدن اتفاق میافتد که ناشی از تشکیل اکسیدها/ اسپینلهای غیرچسبنده، تنشهای رشد و غیره است. همچین تنش های حرارتی در طی سردشدن در سیکل های حرارتی بین اکسید و آلیاژ زیر لایه و به دلیل تفاوت ضرایب انبساط حرارتی، چسبندگی پوسته تغییر میکند.
واضح است که آلیاژهایی دارای پوسته آلومینا مقاوم تر از آلیاژهایی هستند که دارای پوسته کرومیا میباشند. اخیرا استفاده از فولادهای آستنیتی که تشکیل لایه آلومینا میدهند به طور گستردهای افزایش یافته است. این فولادها در هر دو محیط هوای خشک و هوا با %10 بخار آب در دمای بین650-900℃ به دلیل تشکیل پوسته Al2O3 مقاومت به اکسیداسیون خوبی دارند.
تشکیل لایه آلومینا به حداقل %5 وزنی آلومینیوم در آلیاژهای - آهن- کروم - یا - نیکل- کروم - نیاز دارد. بیشتر از این مقدار آلومینیوم، خواص مکانیکی آلیاژ - عموما انعطاف پذیری - ضعیف میشود و در نهایت منجر به ایجاد مشکلاتی در خواص مکانیکی میگردد. کمتر از %5 وزنی آلومینیوم نیز تشکیل لایه محافظ آلومینا غیر ممکن است. این آلیاژها معمولا حاوی مقادیر کافی کروم - حدود%20 وزنی - برای رشد لایه کرومیا هستند. اما آلیاژهای - آهن- کروم- آلومینیوم - و - نیکل- کروم-آلومینیوم - در دماهای بالاتر از1000℃ که به دلیل مشکلات تبخیر، لایه کرومیا ناپایدار است مورد استفاده قرار می گیرند.
در این تحقیق، رفتار خوردگی فولاد مقاوم به حرارت آستنیتی - - Fe-25Cr-12Ni در دمای بالای بررسی شد و تاثیر اضافه کردن مقادیر مختلف آلومینیوم بر رفتار خوردگی دما بالای این آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
برای بررسی رفتار خوردگی و تاثیر اضافه کردن آلومینیوم بر روی رفتار خوردگی دمای بالا، تعداد 4 آلیاژ با ترکیب شیمیایی مطابق با جدول - - 1 بوسیله ریخته گری توسط کوره القایی آزمایشگاهی تهیه شد. نمونه هایی با مقطع 1cm×1cmجهت انجام آزمایش خوردگی در دمای بالا - مطابق با استاندارد - ASTM G1 تهیه شد، و سپس با استفاده از سمباده های 100، 220، 500، 1000 سطح نمونه ها پرداخت و در نهایت بااستون و آب مقطر شسته و سپس خشک شدند. قبل از انجام آزمایش وزن آنها اندازه گیری شد.
جدول.1 ترکیب شیمیایی آلیاژهای بررسی شده در این تحقیق
آزمایش خوردگی در دمای بالا در کوره المنتی Carbolite در دمای1100℃ تحت اتمسفر حاوی %5 گاز دی اکسید گوگرد - - SO2 به مدت 100 ساعت به صورت ناپیوسته انجام شد.
