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1、上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究1摘要ND 钢，即 09CrCuSb 钢，是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀用钢材” 。它是化工设备中常用的金属换热管道材料，使用环境温度高，且是酸性气氛，常常会遭受腐蚀，缩短 ND 钢的使用寿命，从而极大地限制了它的应用。本课题主要研究 ND 钢的腐蚀特性，金相组织，以及腐蚀电化学加速等试验。通过试验数据，讨论影响腐蚀速率的因素。采取失重法腐蚀 6 组 ND 钢的平行试样，对其腐蚀沉淀物进行XRD 物相定性分析。用金相显微镜观察 ND 钢组织成分及形貌。室温下，分别在 10%，20%，30%的 H2SO4 溶液中进行电化学腐
2、蚀试验。通过塔菲尔曲线和线性扫描伏安法曲线，分析试样在这个过程中电流及电位的变化。实验结果表明，在不同的腐蚀过程中，2Cr13 不锈钢均随着温度的升高，腐蚀现象越容易发生，并且腐蚀速度随着温度的升高而增大。点蚀是在成核后开始发展但不产生新的蚀孔。而缝隙腐蚀是形成蚀孔后既可以发展也可以形成新的蚀孔。点蚀的蚀孔蚀窄而深的，而缝隙腐蚀的蚀孔是较广泛而浅的。在电偶腐蚀试验中，2Cr13-Cu 偶对中，2Cr13 不锈钢发生缝隙腐蚀，并且 Cu 偶对的平均电偶腐蚀速度大于铸铁偶对的电偶腐蚀速度。2Cr13 的耐蚀性比铸铁要好，但上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究2是在强氧化性
3、环境下耐蚀性能不是特别好。关键词：ND 钢，09CrCuSb 钢，露点腐蚀，影响因素ABSTRACTND Steel, the 09CrCuSb steel, is the best low-temperature sulfuric acid dew point corrosion resistant steel at home and abroad. It is commonly used as metal Tube material in chemical equipment. When the ambient temperature is high, especially in acid
4、ic atmosphere, ND Steel is often affected by corrosion and reduced the service life, which greatly limits its application. This topic research ND Steel in corrosion characteristics, microstructure and electrochemical corrosion accelerated test. The experimental data discussed factors that affect the
5、 corrosion rate. Corroded six groups of ND steel sample. Analyzed the corrosion phase precipitates with XRD. Observed the configuration of ND Steel by optical microscope. Do electrochemical corrosion test at 20, at 10%, 20%, 30% H2SO4 solution. Through Tafel Plot and Linear Sweep Voltammetry, curren
6、t and potential changes of the samples in this process can be analyzes.Experimental results show that, in the process of different 2Cr13 stainless steel corrosion, both with the rise of temperature, corrosion 上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究3phenomena occur more easily. And the corrosion rate increas
7、es with the rise of temperature. The pitting on nucleation is began after new development but not corrosion hole. Corrosion and corrosion is formed after the hole can also can form the new development of corrosion hole. The pitting corrosion of narrow and deep hole cavitation erosion, and the crevic
8、e corrosion is broad and shallow holes in the electric dipole corrosion test. 2Cr13-Cu ，crevice corrosion occurred on average electric dipoles occasionally corrosion speed is greater than the electric dipole cast corrosion rate. 2Cr13 corrosion resistance of cast iron is better than, but in strong o
9、xidizing environment corrosion resistant performance is not very good.Keywords： ND Steel, 09CrCuSb steel, dew point corrosion, factors上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究4ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究董宝骅 0514071010 引言目前能源问题变得越来越重要，增能节耗对目前能源紧缺的整个世界来说，无疑是一个急待解决的问题。就加热炉而言， 国内外为了提高其热效率， 曾研制生产出诸如空气预热器、省煤器等设备来完善能量的充分回收。随着石油和
10、煤的大量开采，燃料中硫的含量越来越高，从而导致燃烧或热教化系统设备遭受严重的腐蚀，特别是在冷却过程中发生的露点腐蚀。然而在化工厂、热电厂长期使用中， 因此而造成设备的停产， 损失也是非常惨重。而在这种环境下不锈钢的腐蚀速率比低碳钢还要高，所以也不宜使用不锈钢，为解决这一难题人们采用提高排烟温度的方法，或采用玻璃管等非金属材料管代替钢管，然而这样影响了热效率，也增加了技术上的难度。应用电化学及表面膜分析技术研究微量台金元素对硫酸露点腐蚀行为的影响，研制出的新型耐硫酸露点用钢ND 钢，即09CrCuSb 钢，是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀用钢材。上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢
11、耐硫酸露点腐蚀的研究5此项专利 (1)被国家科委、中田工商银行、劳动局、外目专家局、国家技术监督局联 被为 1995 年度国家级新产品。ND 钢广泛用于制造在高含硫烟气中服役的省煤器，空气预热器，热交换器和蒸发器等装置设备，用于抵御含硫烟气结露点腐蚀。ND 钢还具有耐氯离子腐蚀的能力。ND 钢管主要的参考指标（70 摄氏度 50%H2SO4溶液中浸泡24 小时） ，与碳钢，日本进口同类钢，不锈钢耐腐蚀性能相比，要高于这些钢种。产品经国内各大炼油厂和制造单位使用后受到广泛好评，并获得良好的使用效果。0.1 露点腐蚀简介0.1.1 定义 (2)烟气露点腐蚀是由于燃料中硫元素在燃烧时生成 SO2，S
12、O 3，当换热面的外表面温度低于烟气温度时，在换热面上就会形成硫酸雾露珠，导致换热面腐蚀。0.1.2 腐蚀环境硫酸露点腐蚀一般出现在锅炉预热器和省煤器设备,空气预热器换热元件以及输送管线和烟道、烟囱上。燃煤中含有一定量的硫，根据其存在形态可分为有机硫、无机硫(包括硫铁矿硫和硫酸盐硫)和单质硫。它们在锅炉燃烧时均参加反应，主要生成 SO2，其中约1%5%氧化成 SO2，SO 3。与水蒸汽结合形成硫酸蒸汽，当烟气温度低于某一温度时，烟气中硫酸蒸汽就会凝结，对设备造成腐蚀 (3)。烟气中水蒸汽主要来自燃料油燃烧过程中的雾化吹扫蒸汽、燃上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究6料
13、固有的水分及燃料中 H 元素燃烧后的生成物。由于燃料中硫元素在燃烧时生成 SO2，SO 3，当换热面的外表面温度低于烟气温度时，在换热面上就会形成硫酸雾露珠，导致换热面腐蚀。如果烟气中的水蒸汽不与其它物质化合，那么它的露点温度仅决定于烟气中水蒸汽的分压力。通常燃油锅炉烟气中水蒸汽的分压力约为8.08l4.14kPa 相应的水蒸汽凝结温度为 4l52 。事实上，烟气中 SO3在烟气中几乎完全溶解于水蒸汽而转变为硫酸蒸汽，它与水蒸汽作用生成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的分压就等于SO3的分压 (4)。反应式如下：S03+H2OH 2SO4此反应为放热反应。温度越低硫酸蒸汽产生的也就越多，即硫酸蒸汽所占的平衡
14、份额(X)也就越大，凝结的硫酸浓度因产生凝结的金属表面温度不同而异。在燃油或燃煤锅炉的重油或煤中通常含有 2%3%的硫,经燃烧后烟气中就会有约 0.12 %的 SO2 ,其中 1%2%SO 2受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成三氧化硫(S0 3),它再与燃烧气体中所含的水分(约 5%10%) 或空气中所含的水分结合生成硫酸,在处于露点(当S03的含量为 3010-6时露点约为 130150) 以下的金属表面凝结并腐蚀金属,即所谓硫酸露点腐蚀。这种腐蚀环境甚至能够腐蚀不锈钢,对工业生产设备造成极大的危害 (5)。低温中浓度及高温高浓度是最为剧烈的腐蚀环境，耐硫酸露点腐蚀钢研制起点主要针对 80
15、%硫酸进行凝缩的 120130的高温区上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究7域和主要生成 40%50%硫酸的 5070低温区域。0.1.3 腐蚀机理0.1.3.1 三个阶段硫的露点腐蚀钢的机制如图 0.1.3.1 所示，将腐蚀过程分为三个阶段 (7)。图 0.1.3.1 硫的露点腐蚀机制和耐腐蚀低合金钢的腐蚀第一步是在相对低温下用硫酸对钢进行腐蚀，相当于锅炉运行中的开启和停止。这种短期内的严重腐蚀大致不会影响今后长期总体上的腐蚀。当金属表面温度变高，腐蚀的第二阶段就会在高温高浓度的情况下发生。至于合金元素的作用，硅具有优异的腐蚀效果显着，而另一方面，铬（超过 5）会产
16、生不利影响 (8)。第二步与第一步相比持续时间较长，但与第三步相比持续时间又非常短。上海工程技术大学毕业设计（论文） ND 钢耐硫酸露点腐蚀的研究8第三步是在与第二部相同的温度和浓度下进行腐蚀，锅炉沉淀物中含有足量的未燃碳和硫酸。未燃碳对亚铁离子进行催化氧化生成铁离子。在此阶段，铬或硼轴承钢很容易向初始钝化状态转移，且腐蚀速率会变得非常低。但低合金钢和铜合金钢的腐蚀速率却不减少，因为他们仍在活化状态中进行腐蚀。硫露点腐蚀速率可能主要由第三步决定,这就是耐腐蚀和非耐腐蚀钢在腐蚀过程中有显著差异的原因。0.1.3.2 电化学反应溶液的腐蚀基本上是金属表面之电化学反应 (9)，以二价金属 M为例，阳极反应为：MM 2+2e在酸性溶液中，主要的阴极反应是生氢反应：2H+2e=H 2M2+再和 S04 结合成金属硫化物(生氢反应并可在脱气的中性或pH 值大于 4 之弱酸中成为主要的阴极反应)。然而，在充气的中性或碱性溶液中，氧则成为主要的阴
