Untersuchungen des Hochtemperaturkorrosionsverhaltens von P9 Stahl und Alloy 800HT in HCl- und H2S-Atmosphären bei niedrigem Sauerstoffdruck

Abstract

Das Korrosionsverhalten der zwei Werkstoffe Alloy 800HT und P9 Stahl wurde unter einer bestimmten Gasatmosphäre untersucht. Das Prüfgas bestand aus 3.8 vol.% HCl, 2.8 vol.% H2, 1.9 vol.% CO2, 0.3 vol.% CO, 0.02 vol.% H2S mit N2 als Trägergas. Diese Zusammensetzung sollte die Bedingungen in der Gasatmosphäre einer Thermischen Cracking Anlage für anthropogene Ressourcen nachstellen. Zusätzlich wurden Versuche ohne HCl durchgeführt, um den Einfluss des Chlorwasserstoffes bei der Hochtemperaturkorrosion in Mischgasen zu ermitteln. Die Versuche wurden bei den drei unterschiedlichen Temperaturen 480 °C, 580 °C und 680 °C durchgeführt. Außerdem gab es drei Testzeiten von 24, 72 und 240 Stunden, um Informationen bezüglich der Zeitabhängigkeit des Korrosionsmechanismus zu erhalten. Nach den Experimenten waren alle Proben mit einer Schicht fester Korrosionsrückstände umgeben. Um die Mikrostruktur dieser Korrosionsschichten zu ermitteln, wurden REM (Rasterelektronenmikroskopie) / EDX (energiedispersive Röntgenspektroskopie) Analysen durchgeführt. Als zusätzliche Analysemethode für einzelne Korrosionsrückstände wurden XRD (Röntgendiffraktometrie) Messungen durchgeführt. Weiteres wurde der Masseverlust pro Oberfläche für alle Proben berechnet. Die zwei Werkstoffe zeigten unterschiedliche Ergebnisse des Korrosionsverhaltens. Der niedrig legierte P9 Stahl zeigte einen steigenden Masseverlust bei Erhöhung der Temperatur. Der Werkstoff Alloy 800HT, welcher auch als sehr korrosionsbeständig eingestuft wird, hatte einen vergleichsweise geringen Masseverlust, mit Ausnahme der niedrigsten Temperatur. Hier kam es aufgrund von Sulfidierung des Nickels zu einer leichten Erhöhung des Masseverlustes. Typischerweise bestand die Korrosionsschicht aus äußeren Sulfidkristallen, gefolgt von einer porösen Oxid-/Chlorid-Zunderschicht und einer darunterliegenden Materialverarmung.

The corrosion behaviour of Alloy 800HT and P9 steel was investigated in atmospheres mimicking the thermal cracking process of anthropogenic resources. The testing gas consisted of 3.8 vol.% HCl, 2.8 vol.% H2, 1.9 vol.% CO2, 0.3 vol.% CO, 0.02 vol.% H2S and N2 as balance. Additionally, experiments without HCl as corrosive component were performed to get more information about the influence of HCl on the high-temperature corrosion of the samples in mixed-gas atmospheres. The tests were performed between 24, 72 and 240 hours at 480 °C, 580 °C and 680 °C, respectively. All samples showed solid corrosion products on their surfaces. Selected specimens were cold mounted to analyse the microstructure of the corrosion layers. SEM (scanning electron microscopy) / EDX (energy-dispersive X-ray spectroscopy) were used as complementary analytical methods for investigation of the corrosion process. Additionally XRD (X-ray powder diffraction) analyses of single corrosion products were made. Mass loss determinations for every specimen were performed as well. The P9 steel showed an increasing mass loss with rising temperature, whereas alloy 800HT was quite resistant against HCl attack; only at lower temperatures the sulfidation of nickel led to an increase of the mass loss. The corrosion layers on the samples typically consisted of sulfide crystals on the outer layer, followed by an oxide/chloride scale with material depletion beneath it.