低氧分压下HK40合金氧化行为的研究

• 作 者: 邵明增
• 机 构: 中国石油大学(北京)
• 出 处: 中国石油大学(北京)
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 低氧分压 HK40合金 氧化行为 立方规律

裂解炉管结焦是制约乙烯工业发展的重要因素,因而一直受到国内外学者关注。本文以采用低氧分压氧化方法在裂解炉管内表面制备富含Cr、Mn元素的防结焦氧化膜为研究背景,利用TG、SEM、EDS、XRD以及划痕仪等现代材料分析方法,系统研究了裂解炉管用HK40合会在H2-H2O低氧分压气氛下的氧化行为。主要包括氧化膜制备参数(气氛、露点、温度、时间等)、合金表面状态、稀土元素等对HK40合金在低氧分压下的氧化动力学、氧化膜成分、结构及结合性能的影响。　　
对比研究了HK40合会在低氧分压气氛与空气下的氧化行为。结果表明:HK40合金在低氧分压下氧化动力学遵循立方规律,而在空气中氧化动力学遵循抛物线规律;且前者形成的氧化膜完整、致密与基体结合性能优于后者;前者形成氧化膜中Fe、Ni元素含量小于后者;此外,前者形成氧化膜的抗结焦性能要优于后者的氧化膜抗结焦性能。　　
系统研究了温度、露点、氧化时间对HK40合会在低氧分压下氧化行为的影响。实验结果表明:(1)随氧化温度升高,氧化速率增大,氧化膜中MnCr2O4含量增加,氧化膜与基体结合强度升高。(2)随露点升高,HK40合会氧化速率逐渐增加;当露点为5℃、10℃、20℃时,氧化动力学遵循立方规律,当露点为40℃时,氧化动力学偏离立方规律;露点升高会促进MnCr2O4生成,但过高的水蒸气会导致氧化膜与基体截面处形成连续的SiO2层,降低了氧化膜与基体的结合性能。(3)随时间延长,氧化膜中MnCr2O4尖晶石百分数增加;同时,SiO2深入HK40合金基体,且氧化膜中孔洞增加。　　
系统研究了低氧分压下稀土元素Ce对HK40合会氧化行为的影响。结果表明,低氧分压下,稀土元素Ce促进氧化膜形成,并降低了氧化膜的生长速率,改变了氧化膜形貌,减少了氧化膜中MnCr2O4百分数,提高了氧化膜与基体的结合性能。然而,过量Ce元素导致合金发生内氧化,降低了氧化膜与基体结合强度。　　
系统研究了表面状念对HK40合金氧化行为的影响。采用电解抛光、机械抛光、机械打磨及喷砂方法获得了不同表面状态的HK40合会试样。结里表明,四种不同表面状态的试样在低氧分压下的氧化动力学均遵循立方规律,且随试样表面变形程度增加,试样的氧化速率增大,晶界促进氧化的效果逐渐减弱。