Loading article…
高温腐食は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、炉、またはその他の機械が特定の汚染物質を含む高温ガスに接触したときに発生する腐食メカニズムです 。燃料にはバナジウム化合物や硫酸塩が含まれることがあり、燃焼中に低融点化合物を形成することがあります。これらの液体溶融塩は、高温での腐食に対して通常は耐性があるステンレス鋼やその他の合金に対して強い腐食性を示します。その他のタイプの高温腐食には、高温酸化、[1] 、硫化、および炭化があります。高温酸化やその他のタイプの腐食は、拡散と反応のダイナミクスを考慮するために、 一般的にディール・グローブモデルを使用してモデル化されます。
硫酸塩
硫酸塩による高温腐食には、一般的に2つのタイプに分けられます。タイプIは硫酸ナトリウムの融点以上で発生し、タイプIIは硫酸ナトリウムの融点以下で少量のSO3が存在する場合に発生します。 [ 2] [3]
タイプ I では、保護酸化スケールが溶融塩によって溶解されます。硫黄が塩から放出され、金属基板に拡散して、灰色または青色のアルミニウムまたはクロムの硫化物を形成します。アルミニウムまたはクロムが隔離されているため、塩層が除去された後、鋼は新しい保護酸化層を再構築できません。アルカリ硫酸塩は、三酸化硫黄とナトリウム含有化合物から形成されます。バナジウム酸塩の形成が優先されるため、硫酸塩はアルカリ金属の量が対応するバナジウムの量より多い場合にのみ形成されます。[3]
硫酸カリウムや硫酸マグネシウムでも同様の攻撃が観察されています。
バナジウム
バナジウムは石油、特にカナダ、米国西部、ベネズエラ、カリブ海地域の石油に存在し、有機金属錯体中のポルフィリンと結合していることが多い。[4]これらの錯体は高沸点留分に濃縮され、重質残留燃料油のベースとなる。この石油留分には、主に塩化ナトリウムと使用済み油処理化学物質由来のナトリウム残留物も存在する。100 ppmを超えるナトリウムとバナジウムを燃焼させると、燃料灰の腐食を引き起こす可能性のある灰が発生する。[4]
ほとんどの燃料には微量のバナジウムが含まれています。バナジウムは酸化されてさまざまなバナデートになります。金属上に堆積した溶融バナデートは、酸化物スケールと不動態層をフラックスします 。さらに、バナジウムの存在により、溶融塩層を通した金属基板への酸素の拡散が促進されます。バナデートは半導体またはイオンの形で存在することができ、半導体の形態では酸素が酸素空孔を介して輸送されるため、腐食性が大幅に高くなります。対照的に、イオンの形態では、バナデート全体の拡散によって酸素が輸送されるため、大幅に遅くなります。半導体の形態には五酸化バナジウムが豊富に含まれています。[3] [5]
高温または酸素の利用可能性が低い場合、二酸化バナジウムと三酸化バナジウムなどの難溶性酸化物が形成される。これらのより還元されたバナジウム形態は腐食を促進しない。しかし、最も一般的な燃焼条件下では、五酸化バナジウムが形成される。酸化ナトリウムとともに、様々な組成比のバナデートが形成される。組成が Na 2 O.6 V 2 O 5に近いバナデートは、593 °C から 816 °C の温度で最も腐食速度が速い。低温ではバナデートは固体であり、高温ではバナジウムの割合が高いバナデートが最も高い腐食速度に寄与する。[5] [3]
不動態層酸化物の溶融バナデートへの溶解度は、酸化物層の組成に依存する。鉄(III)酸化物は、Na 2 O.6 V 2 O 5から 6 Na 2 O.V 2 O 5の間のバナデートに、705 °C 未満の温度で、バナデートの質量に等しい量まで容易に溶解する。この組成範囲は灰に共通しており、問題を悪化させる。酸化クロム(III)、酸化ニッケル(II)、酸化コバルト(II)はバナデートへの溶解性が低い。これらはバナデートをより腐食性の低いイオン型に変換し、それらのバナデートは密着性が高く、耐火性があり、酸素バリアとして機能する。[5] [3]
バナデートによる腐食速度は、燃焼に利用できる過剰空気の量を減らして耐火性酸化物を優先的に形成すること、露出面に耐火コーティングを使用すること、または50% Ni/50% Crや40% Ni/60% Crなどの高クロム合金を使用することによって低下させることができます。 [6]
ナトリウムが1:3の比率で存在すると融点が最も低くなるため、避けなければなりません。この融点は535℃で、ピストンクラウン、バルブシート、ターボチャージャーなどのエンジンのホットスポットに問題を引き起こす可能性があります。[5] [3]
鉛
鉛は低融点のスラグを形成し、保護酸化物スケールを溶かします。[7] [8]鉛は、溶融鉛にさらされた一般的な材料に応力腐食割れを引き起こすことでよく知られています。鉛の割れ傾向は以前から知られており、鉄製の容器や溶融鉛浴用の容器に使用されるものを含むほとんどの鉄ベースの合金は、通常、割れが原因で破損します。[9]
参照
参考文献
- ^ Birks, N.; Meier, Gerald H.; Pettit, FS (2006).金属の高温酸化入門（第2版）ケンブリッジ、イギリス：ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-511-16162-X. OCLC 77562951.
- ^ ヤング、デイビッド・ジョン（2008）。金属の高温酸化と腐食。エルゼビア。ISBN 978-0-08-044587-8。
- ^ abcdef Lai, G. Y (2007 年 1 月)。高温腐食と材料の応用。ASM International。p. 321。ISBN 978-0-87170-853-3。
- ^ ab Branan, Carl (2005-08-16). 化学エンジニアのための経験則: 日常的なプロセスエンジニアリングの問題に対する迅速かつ正確な解決策のマニュアル。Elsevier。p. 293。ISBN 978-0-7506-7856-8. 2018年4月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年2月8日閲覧。
- ^ abcd Chilingar, George V; Yen, Teh Fu (1978-01-01). ビチューメン、アスファルト、タールサンド。Elsevier。p. 232。ISBN 978-0-444-41619-3。
- ^ カール・ブラナン『化学技術者のための経験則：日常のプロセスエンジニアリング問題に対する迅速で正確な解決策のマニュアル』Wayback Machineに 2018-04-18 にアーカイブGulf Professional Publishing、2005 年、ISBN 0-7506-7856-9、p. 294
- ^ Schriner, Doug. 「鉛リサイクルにおけるスラグ化学のレビュー」(PDF)。
- ^ プロセス冶金学に関する論文。2014年。doi : 10.1016 /c2010-0-67121-5。ISBN 9780080969886。
- ^ Fontana, Mars G. (1987).腐食工学（第3版、国際版）. ニューヨーク：McGraw-Hill. ISBN 0-07-100360-6. OCLC 77545140.
外部リンク
- 高温腐食情報