Vol.15 No.4 齐慧滨等.F-2SCr合金在H,-H,S混合气氛中的高温疏化腐蚀 。415· 实验用的Fe一25Cr合金是由纯Fe、Cr经真空感应炉加氩气保护冶炼的。合金成 分是(%)：Cr-24.49.C-0.018,其余是Fe,合金在750℃退火1h后空冷，组织为x铁 素体。样品的尺寸为Φ12mm×1mm。在样品边缘打1个Φ1.5mm的小孔用于悬挂。样品 经150~1000水砂纸依次打磨。当样品置入反应炉之前再用1000砂纸重新打磨】遍， 用洒精擦净、吹干。 1.2实验装置 本实验建立了适于强腐蚀性气氛高温腐蚀研究的连续称重测量装置。连续称重测量是 靠石英弹簧和测高仪来实现的，测量精度为3/10g。这种装置国外已有报导日。组成如 下：(1)气体干燥、流量控制及气体混合部分；(2)可移式加热炉和可抽真空的石英玻璃 反应管；(3)由石英弹簧及测高仪组成的测量系统；(4)由3级装有10%KOH溶液吸气 瓶组成的尾气吸收部分。本装置的设计，可使均匀混合的H2一H2S气体在流经样品之前充 分受热，只要适当控制流量就可确保气体之间在反应时达到平衡状态。 1.3实验过程 首先将样品用石英钩丝悬挂于石英弹簧上，将石英管封好。用2XZ一2型机械泵抽真 空至lPa。然后向反应管中充入经0.5nm分子筛、105催化剂净化的高纯氢气。系统反复 抽空充氢3次可使P0,降到很低，确保反应结果只有硫化物而无氧化物)。将H2,HS 按所需比例由流量计精确控制，充分混合后连续地充入反应管中，系统的总压力为 101.352kPa。待反应炉升到预定温度后，将炉子提起使样品处于炉子恒温带的中心部位， 提炉5mim后开始记录数据。 腐蚀后的样品用扫描电镜观察了硫化物的表面及断面形貌。用能谱和电子探针分析了 硫化物的成分和元素分布。用X射线衍射确定了产物的物相。 2实验结果 Fe-25Cr合金在700~900℃、疏分压为10~10Pa的101.35kPaH2-H,S混合气 体中的硫化动力学是符合抛物线方程： (△W/A)KpI+c (1) 其中△W/A为单位面积的增重(mg·cm),1为时间(min),Kp为抛物线硫化速度 常数、c是标志抛物线开始的积分常数。 2.1硫化动力学 图1~图2分别是Fe-25Cr合金在700~900℃、10Pa硫分压和800℃、101~ 103Pa硫分压下的反应动力学曲线。由图可见，所有的曲线都有一段孕育期。孕育期随 温度的提高及硫分压的增加而缩短。孕育期介于25~40min之间。此外，除了700℃的曲 线之外，其余的曲线均呈现出两段不同斜率的抛物线规律，第2段的斜率较第1段大，而 且第2段抛物线规律出现的时间也随温度和硫分压的增加而缩短。由图还可看出， Fe一25Cr合金的硫化速度随温度及硫分压的增加而增加。 22硫化物层的形貌、结构及成分 F-25Cr合金在上述不同实验条件下形成的硫化物具有相同的表面形貌特征，只是 表面晶粒的尺寸在硫化相同的时间后随温度及硫分压的提高而加大。图3a是Fc-25Cr合V ol . 巧 N o 4 齐慧滨等 F e一 25 C r 合金在 H Z一 H Z S 混合气氛 中的 高温硫化腐蚀 4 1 5 实 验用 的 F e一 25 C r 合 金 是 由纯 F e 、 C r 经 真空 感应炉 加 氢 气 保护 冶 炼 的 。 合金 成 分是 ( % ) : C r一 24 . 4 9刀一住 01 8 , 其余是 F e 。 合金 在 75 0℃ 退 火 hl 后空 冷 , 组 织 为 二 铁 素体 。 样 品的尺 寸 为 小 12 m m 火 l m m 。 在 样品边 缘打 l 个 中 1 . sm m 的小 孔用 于悬 挂 。 样品 经 巧。一 1 0 0 竺 水砂纸依 次 打磨 。 当样 品 置人 反 应炉 之 前再用 ] 0 0 耳 砂纸重 新打磨 1 遍 , 用洒 精擦净 、 吹 干 。 L Z 实验装置 本实 验建立 了 适 于强腐蚀 性气 氛高 温腐蚀研究的 连续称重 测量装置 。 连续称重测 量是 靠 石 英弹 簧 和测 高 仪 来 实现的 , 测 量精 度 为 3 / 10 5 9 。 这种 装置 国外 已 有报 导 曰 。 组成如 下 : ( l) 气体干 燥 、 流量控制 及气 体混 合部分 ; (2) 可 移式加 热炉 和 可抽真 空 的石英玻璃 反 应 管; ( 3) 由石 英弹 簧及 测 高仪组成 的测 量系统 ; ( 4) 由 3 级 装 有 10 % K O H 溶 液吸气 瓶组 成的尾 气吸收部 分 。 本装 置 的设计 , 可使均匀混 合的 H Z一 H Z S 气 体在 流经样 品之前充 分受热 , 只要 适 当控制 流量就可确 保气 体之 间 在反应 时 达到平 衡状 态 。 L 3 实验 过程 首先将样 品用 石英钩 丝 悬挂 于 石英弹 簧上 , 将 石英 管封 好 。 用 ZX Z 一 2 型 机 械泵 抽真 空 至 IP a 。 然后 向反应 管中充人经 0 . sn m 分子 筛 、 105 催化剂 净 化的高纯 氢气 。 系统 反复 抽空 充 氢 3 次 可 使 尸0 2 降到很 低 , 确保反应 结果 只 有硫 化物 而无 氧化物 ! 3〕 。 将 H Z 、 H Z s 按 所需 比例 由 流 量计 精 确 控 制 , 充 分 混 合 后 连 续地 充 入 反 应 管 中 , 系 统 的 总 压 力 为 10 1 . 3 5 2 k P a 。 待 反应炉 升到 预 定 温度 后 , 将炉 子 提起 使样 品 处 于炉 子恒 温带的 中心部位 , 提 炉 s m im 后开 始记录 数据 。 腐蚀后 的样 品用 扫 描 电镜观察 了硫 化 物 的表面及 断面形貌 。 用 能谱和 电 子探针 分析 了 硫化物 的成 分和元 素分布 。 用 X 射线衍射确定 了产物的物 相 。 2 实 验结果 F -e 2 5e : 合金 在 7 0 0 一 9 0 0℃ 、 硫分压 为 10 一 ’ 一 10 一 3P a 的 l o l . 3 5 k P a H Z一 H Z s 混合 气 体中的硫化动 力学 是符合抛物 线方 程 : (△ w / A ) KP t 十 c ( 1) 其中 △ w / A 为 单位 面积 的增 重 (m g · 。 m 一 2 ) , t 为 时 间 (m in) , KP 为抛 物线硫 化速 度 常数 , 。 是 标志 抛物线开 始的积分常数 。 .2 1 硫化动 力学 图 1一 图 2 分别 是 F e 一 2 5 e r 合 金 在 7 0 0 一 9 0 0 ℃ 、 1 0 一 Z P a 硫 分 压 和 s 0 0 c0 、 10 一 ,一 10 一 3 aP 硫分压 下 的反 应 动 力学 曲线 。 由 图可 见 , 所有 的 曲线 都有 一 段孕 育期 。 孕 育期 随 温度 的提 高及 硫分 压 的增 加 而缩短 。 孕 育期介 于 25 一 4 Om in 之 间 。 此外 , 除 了 70 0 七的 曲 线之外 , 其余的 曲线均呈现 出两 段不同 斜率的抛物 线规律 , 第 2 段 的斜率较第 1 段大 , 而 且 第 2 段 抛物 线 规律 出 现 的 时 间 也 随 温 度 和 硫分 压 的 增 加 而 缩 短 。 由 图 还 可 看 出 , F e 一2 5 C r 合金 的硫 化速度 随温度及硫分压 的增 加而增 加 。 .2 2 硫化 物层 的形貌 、 结构及成分 F e 一2 5 C r 合金 在 上述 不 同实 验条 件下 形 成的硫 化物具有 相 同 的表面 形 貌特 征 , 只 是 表面 晶粒的 尺寸 在硫化相 同的时 间后 随温 度 及硫 分压 的提 高而 加大 。 图 a3 是 F e 一 25 C r 合