一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置的製作方法
2024-02-18 04:38:15 3
專利名稱：一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及材料腐蝕領域，具體地說，本發明涉及一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕 性能的方法及其裝置。
背景技術：
在燃油或燃煤鍋爐的燃料重油或煤中通常含有2% 3%的硫，燃燒後在產物中 形成二氧化硫(S02)，SO2在煙氣中受催化作用而進一步氧化生成三氧化硫(S03)，SO3與大 氣中的水結合生成硫酸(H2SO4),在處於露點以下的金屬表面凝結並腐蝕金屬，產生所謂的 硫酸露點腐蝕。鋼鐵材料的硫酸露點腐蝕具有很高的腐蝕速率，對工業生產設備造成極大的危 害，因此受到了國內外石油、化工、能源、動力等行業的廣泛關注。解決此問題的有效辦法是 選擇對此類腐蝕耐蝕好的鋼種，耐硫酸露點腐蝕鋼即為適應此需求而開發的一類低合金耐 蝕鋼。鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的速率與H2SO4的濃度和溫度密切相關，其腐蝕規律如圖1 所示，一般可將腐蝕區分為四個區域，其中低溫中濃度的II區和高溫高濃度的IV區腐蝕最 快(參見《低合金耐蝕鋼》，松島巖著，靳裕康譯，北京機械工業出版社，2004，P138)。腐蝕速率是耐硫酸露點腐蝕鋼最重要同時也是用戶最為關注的技術指標。準確、 客觀、科學地評價鋼的耐硫酸露點腐蝕性能強烈受到實驗條件和方法的影響與限制。現有 的資料和相關文獻表明目前對鋼耐硫酸露點腐蝕性能的評價方法多採用濃度為40% 50%的!^04在501 701低溫區域進行浸泡，並採用失重量或失重速率進行評定，即腐蝕 條件僅局限於圖1中低溫中濃度的II區。而實踐表明，IV區的腐蝕環境較II區更為苛刻， 即使鋼在II區具有良好的耐蝕性能，但在IV區條件的應用過程也常發生過早失效，因此綜 合在II區和IV區條件下的評價將能更為有效、全面地反映鋼鐵材料的耐硫酸露點腐蝕性 能。但是，IV區的H2SO4濃度為80% 90%，溫度高達130 160°C。目前用於II區 條件腐蝕評價的普通水浴加熱和裝置限制了溫度的提高，並容易因H2SO4揮發而造成腐蝕 介質濃度的變化，現有的試驗裝置不能滿足模擬IV區條件下的腐蝕評價。因此，當前尚無 相應的通過評定IV區腐蝕速率來評價鋼鐵材料耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置。為解決上述問題，本發明的目的在於提出一種通過綜合評價鋼鐵材料在II區和 IV區條件下的腐蝕速率，準確評定鋼鐵材料耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置。
發明內容
本發明的第一個方面提供一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法，評價鋼鐵材 料在130°C 160°C、80% 90%&H2S04中的腐蝕速率，其特徵在於，以點接觸的方式固定 鋼鐵材料試樣，將其放入80% 90%的H2SO4中，採用高沸點介質、在密閉回流系統中加熱 至130°C 160°C，反應一段時間後測量所述試樣的失重。
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本發明的第二個方面提供一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，包括恆溫加 熱系統、測試樣品放置系統和回流冷凝系統，其特徵在於，所述恆溫加熱系統包括數字溫度 顯示器、溫度設定調節器、電源開關、加熱器、恆溫加熱槽和熱電偶；所述測試樣品放置系統 包括試樣擱置架、反應容器、密封活塞和溫度計；所述回流冷凝系統包括玻璃導管和冷凝 器，所述冷凝器上設有進水口和出水口。根據本發明的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，優選的是，所述試樣擱置架 為四柱式。根據本發明的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，優選的是，所述恆溫加熱系 統所用加熱介質的沸點為200°C以上。根據本發明的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，優選的是，所述加熱介質為矽油。本發明的構思是設計點接觸式的試樣擱置架，通過恆溫加熱槽利用高沸點加熱 介質將帶有回流冷凝裝置的內盛硫酸的反應容器加熱，以模擬涵蓋高溫高濃度條件下的更 苛刻的硫酸腐蝕環境。利用該裝置不僅可對鋼鐵材料在低濃度低溫H2SO4介質條件下的腐 蝕性能進行評價，還可同時對80% 90%的高濃度硫酸和130°C 160°C的高溫區間進行 相關腐蝕性能評定。本發明的測試鋼鐵材料耐硫酸露點腐蝕性能的實驗裝置的組成和結構示意圖如 圖2所示。本發明的主體裝置主要包括恆溫加熱系統、回流冷凝系統及測試樣品放置系統三 個部分。恆溫加熱系統由恆溫加熱槽5、數字溫度顯示器1、溫度設定調節器2、電源開關3、 加熱器4、熱電偶16等構成。由於水的沸點為100°C，不能滿足介質溫度長期加熱到130°C 160°C的實驗要求，因此恆溫加熱槽5中的加熱介質17沸點宜在200°C以上，如可採用矽油。回流冷凝系統由玻璃導管11和冷凝器12構成，冷凝器12上設有進水口 14和出 水口 13。測試樣品放置系統包括反應容器9、密封活塞10、溫度計15、試樣擱置架7等部分。 試樣擱置架7的結構形式為四柱式(見圖3)，試樣6傾斜放置於其間，與試樣擱置架7間為 點方式接觸。裝置操作和腐蝕性能評價方法首先將實驗樣品剪切加工至規定尺寸，表面磨床機加工後，採用脫脂劑表面除油， 無水酒精清洗後用熱水機吹乾試樣，採用遊標卡尺測量試樣尺寸，用分析天平稱量原始重 量後置入乾燥器中保存備用。將恆溫加熱槽5內加入加熱介質17，開啟電源開關3，按實驗要求設定溫度設定調 節器2至工作溫度，此時加熱器4開始工作，並通過熱電偶16控制加熱溫度。按實驗條件需求將反應容器9中注入特定濃度的H2SO4溶液8並置入恆溫加熱槽 5內開始對H2SO4溶液8進行加熱，將試樣6放置在試樣擱置架7上，待H2SO4溶液達到實驗 溫度後迅速將試樣擱置架放入反應容器9中，蓋好密封活塞10，在冷凝器12的進水口 14中 通入冷卻水後開始實驗。試驗到設定時間後(一般為72小時，也可根據用戶需求進行特殊 設定)，取出試樣，稱重，並計算出試樣單位面積失重或失重率，進行定量評定。
本發明裝置的特點如下(1)採用高沸點加熱介質17，可將H2SO4腐蝕介質的溫度提高到200°C以下，從而 可滿足IV區130°C 160°c穩定加熱要求。(2)發明裝置配備回流冷凝器，避免了實驗過程中在較高的溫度條件下因吐504腐 蝕介質的揮發而造成其濃度的波動，確保了實驗的準確性，提高了實驗的重現性。(3)四柱式試樣擱置架的結構形式使其與試樣之間呈點接觸方式，從而確保試樣 表面最大限度地暴露於腐蝕介質中。本發明的有益效果為本發明提出的方法依據鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的特點，將評價條件從II區擴展 到II區和IV區，以便進行更全面和準確的性能評價，同時發明裝置具有結構簡單、性能穩 定、控制精度高、操作簡易等優點，可廣泛在實驗室中對鋼鐵材料的耐硫酸露點腐蝕性能評 定，成為開發新型耐硫酸露點腐蝕鋼種的有效支撐手段。
圖1表示鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的一般行為特點曲線；圖2為本發明裝置的結構示意圖；圖3為圖2中試樣擱置架的結構放大示意圖。圖中1-數字溫度顯示器，2-溫度設定調節器，3-電源開關，4-加熱器，5-恆溫 加熱槽，6-試樣，7-試樣擱置架，8-硫酸溶液，9-反應容器，10-密封活塞，11-玻璃導管， 12-冷凝器，13-出水口，14-進水口，15-溫度計，16-熱電偶，17-加熱介質。
具體實施例方式以下用實施例結合附圖對本發明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發明最 佳實施方式的描述，並不對本發明的範圍有任何限制。實施例1鋼鐵材料在低溫低濃度H2SO4中的耐露點腐蝕性能測試檢測對象:A3鋼和12MnCuCr鋼H2SO4 溶液濃度 20 %，溫度 30 V首先將待評價鋼板用剪床剪切至40mmX60mm，磨床機加工至厚度3mm，表面脫脂 處理，最後用酒精清洗後吹乾備用。具體操作如下(1)將恆溫加熱槽5內加入矽油。 (2)開啟電源開關3，設定溫度設定調節器2的溫度30°C，此時加熱器4開始工作， 並通過熱電偶16控制加熱溫度。(3)將反應容器9中注入20%硫酸並置入恆溫加熱槽5內開始對硫酸溶液8進行 加熱。(4)將試樣6放置在試樣擱置架7上，待硫酸達到30°C後迅速將試樣擱置架放入 反應容器9中，蓋好密封活塞10。(5)在冷凝器12的進水口 14中通入冷卻水後開始實驗。
(6)測試72h後取出樣品，稱重後計算腐蝕失重。
待測各鋼種的腐蝕速率如下所示
鋼種腐蝕速率g／m』．h
A3韋岡65．43
l 2MrlCuCr25．23
由上可知12MnCuCr鋼的耐硫酸露點腐蝕性能優於普通碳鋼A3鋼。
實施例2
鋼鐵材料在中溫中濃度H，S。。中的耐露點腐蝕性能測試
檢測對象ND鋼、CR工R、20(和Sten等鋼種
H，S。。溶液濃度50％，溫度70℃
試樣準備和基本操作過程同實施例l。
各鋼種的腐蝕速率測定值如下所示
鋼種腐蝕速率mg／Cm』．h
20(；102．90
ND鋼7．18
CR工R(日本)12．52
] Sten28．63
由上可知上述四類鋼種中，ND鋼具有最佳的耐中溫中等濃度硫酸腐蝕性能。
實施例3
鋼鐵材料在高溫高濃度H，S。。中的耐露點腐蝕性能測試
檢測對象loCrl、CRlA4l和碳鋼
H，S。。溶液濃度80％，溫度130℃
試樣準備和基本操作過程同實施例l。
各鋼種的腐蝕速率測定值如下所示
鋼種腐蝕速率mm．a—l[oo70] loCrlCu8．53
碳鋼20．45[oo72] CRlA4 l5．36[oo73] 由上可知，此三類鋼種中，CRlA4l鋼具有最佳的耐高溫高濃度硫酸腐蝕性能。
本發明提出的方法依據鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的特點，將評價條件從II區擴展到II區和IV區，以便進行更全面和準確的性能評價，同時發明裝置具有結構簡單、性能穩定、控制精度高、操作簡易等優點，可廣泛在實驗室中對鋼鐵材料的耐硫酸露點腐蝕性能評定，成為開發新型耐硫酸露點腐蝕鋼種的有效支撐手段。
權利要求
一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法，評價鋼鐵材料在130℃～160℃、80％～90％的H2SO4中的腐蝕速率，其特徵在於，以點接觸的方式固定鋼鐵材料試樣，將其放入80％～90％的H2SO4中，採用高沸點介質、在密閉回流系統中加熱至130℃～160℃，反應一段時間後測量所述試樣的失重。
2.一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，包括恆溫加熱系統、測試樣品放置系統 和回流冷凝系統，其特徵在於，所述恆溫加熱系統包括數字溫度顯示器(1)、溫度設定調節 器(2)、電源開關(3)、加熱器(4)、恆溫加熱槽(5)和熱電偶(16)；所述測試樣品放置系統 包括試樣擱置架(7)、反應容器(9)、密封活塞(10)和溫度計(15)；所述回流冷凝系統包括 玻璃導管(11)和冷凝器(12)，所述冷凝器(12)上設有進水口(14)和出水口(13)。
3.如權利要求2所述的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，其特徵在於，所述試樣 擱置架(7)為四柱式。
4.如權利要求2所述的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，其特徵在於，所述恆溫 加熱系統所用加熱介質的沸點為200°C以上。
5.如權利要求4所述的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，其特徵在於，所述加熱 介質為矽油。
全文摘要
本發明提供一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法，評價鋼鐵材料在130℃～160℃、80％～90％的H2SO4中的腐蝕速率，其特徵在於，以點接觸的方式固定鋼鐵材料試樣，將其放入80％～90％的H2SO4中，採用高沸點介質、在密閉回流系統中加熱至130℃～160℃，反應一段時間後測量所述試樣的失重。本發明還提供該方法使用的裝置。通過對原有評價方法和裝置的改進，使得對鋼鐵材料耐硫酸腐蝕性能的評價更為全面和準確。
文檔編號G01N5/00GK101929944SQ200910053530
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者周慶軍, 王煒, 錢餘海, 齊慧濱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司