ISSN:
0947-5117
Keywords:
Chemistry
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Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Oxidation and Carburization of High Alloyed Materials for Cracking Tubes - Part 2: The Carburization Behaviour in Oxygen and Carbon Containing Atmospheres with High Carbon ActivityCarburization tests have been carried out with the casting materials (German Designation) Werkstoff-Nr. 1.4848, 1.4857, 2.4813 and an experimental 25/20/5-CrNiSi melt, and with the wrought materials Werkstoff Nr. 1.4301 and 1.4848 in CO-CO2 mixtures with ac = 1, and in humid natural gas with ac 〉 1 between 1000 and 1200° C. At temperatures below appr. 1050° C oxide layers formed are analogous to those formed in air (substrate/Cr2O3/(Mn, Fe)Cr2O4) which prevent carburization. Carburization takes place only after the protective oxide layer has been destroyed. In this context several mechanisms of destruction must be considered, i.e. (a) by chemical reaction (transformation of oxide into carbide, reduction of oxide), (b) by mechanical stresses (temperature fluctuation, growth of graphite layers, creep deformation).Reduction processes are encountered with Fe-rich oxide layers only. Scale layers rich in chromium oxide are transformed into carbide above appr. 1050° C in gases with ac = 1, depending on the CO partial pressure. The rate of this transformation strongly depends on carbon activity in the gas phase. When graphite is deposited on the surface the transformation occurs at a high rate, while it is rather slow even at ac = 1 when no graphite is deposited.Deposited graphite may have a mechanically destructive effect, too, because it penetrates into cracks and pores in the oxide layer and thus produces spalling of oxide particles. When the surface of the cast material is porous particles of the substrate may become detached, too. This goes to explain the poor behaviour of tubes with as cast surfaces in cracking reactors.The positive effect of silicon is due to the formation of protective silica layers between metal and Cr2O3 and metal and external carbide layer respectively. In order to form a continuous silica layer the Si content in the material must not be below a cricital value.
Notes:
Es wurden Aufkohlungsversuche an den Gußwerkstoffen 1.4848, 1.4857, 2.4813 und einer 25/20/5-CrNiSi-Versuchsschmelze sowie an den Knetlegierungen 1.4301 und 1.4848 in CO-CO2-Gemischen mit ac = 1 und in feuchtem Erdgas mit ac 〉 zwischen 1000 und 1200° C durchgeführt. Bei T 〈 etwa 1050° C bilden sich gleichartige oxidische Deckschichten wie an Luft (Werkstoff/Cr2O3/(Mn, Fe)Cr2O4), die eine Aufkohlung verhindern. Eine Aufkohlung tritt erst nach Zerstörung der oxidischen Schutzschichten ein. Dabei müssen mehrere Zerstörungsmechanismen betrachtet werden, (a) durch chemische Reaktion (Umwandlung von Oxid in Carbid; Reduktion von Oxid), (b) durch mechanische Beanspruchung (Temperaturwechsel, Wachsen von Graphitschichten, Kriechverformung).Reduktionsvorgänge treten nur bei Fe-reichen Oxidschichten auf. Chromoxidreiche Deckschichten werden, abhängig vom CO-Partialdruck, in Gasen mit ac = 1 oberhalb etwa 1050° C in Carbid umgewandelt. Die Geschwindigkeit dieser Umwandlung ist stark von der Kohlenstoffaktivität der Gasphase abhängig. Wird Graphit auf der Oberfläche abgeschieden, so läuft die Umwandlung schnell ab, ohne Graphitabscheidung läuft sie selbst bei ac = 1 recht langsam an.Abgeschiedener Graphit kann auch mechanisch zerstörend wirken, da er in Risse und Poren der Oxidschicht eindringt und so Teile der Oxidschicht abreißt. Bei Vorliegen der porigen Gußoberfläche können sogar Teile des Werkstoffs abgesprengt werden. Das erklärt das schleche Verhalten von Rohren mit Gußoberflächen in Crackanlagen.Die positive Wirkung des Siliziums beruht auf der Bildung von SiO2-Schutzschichten zwischen Metall und Cr2O3 bzw. zwischen Metall und äußerer Carbidschicht. Zur Ausbildung geschlossener SiO2-Schichten darf der Werkstoff einen kritischen Si-Gehalt nicht unterschreiten.
Additional Material:
18 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/maco.19800310202
