專利名稱：一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料腐蝕領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕 性能的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在燃油或燃煤鍋爐的燃料重油或煤中通常含有2% 3%的硫，燃燒后在產(chǎn)物中 形成二氧化硫(S02)，SO2在煙氣中受催化作用而進一步氧化生成三氧化硫(S03)，SO3與大 氣中的水結(jié)合生成硫酸(H2SO4),在處于露點以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬，產(chǎn)生所謂的 硫酸露點腐蝕。鋼鐵材料的硫酸露點腐蝕具有很高的腐蝕速率，對工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備造成極大的危 害，因此受到了國內(nèi)外石油、化工、能源、動力等行業(yè)的廣泛關(guān)注。解決此問題的有效辦法是 選擇對此類腐蝕耐蝕好的鋼種，耐硫酸露點腐蝕鋼即為適應此需求而開發(fā)的一類低合金耐 蝕鋼。鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的速率與H2SO4的濃度和溫度密切相關(guān)，其腐蝕規(guī)律如圖1 所示，一般可將腐蝕區(qū)分為四個區(qū)域，其中低溫中濃度的II區(qū)和高溫高濃度的IV區(qū)腐蝕最 快(參見《低合金耐蝕鋼》，松島巖著，靳裕康譯，北京機械工業(yè)出版社，2004，P138)。腐蝕速率是耐硫酸露點腐蝕鋼最重要同時也是用戶最為關(guān)注的技術(shù)指標。準確、 客觀、科學地評價鋼的耐硫酸露點腐蝕性能強烈受到實驗條件和方法的影響與限制?，F(xiàn)有 的資料和相關(guān)文獻表明目前對鋼耐硫酸露點腐蝕性能的評價方法多采用濃度為40% 50%的!^04在501 701低溫區(qū)域進行浸泡，并采用失重量或失重速率進行評定，即腐蝕 條件僅局限于圖1中低溫中濃度的II區(qū)。而實踐表明，IV區(qū)的腐蝕環(huán)境較II區(qū)更為苛刻， 即使鋼在II區(qū)具有良好的耐蝕性能，但在IV區(qū)條件的應用過程也常發(fā)生過早失效，因此綜 合在II區(qū)和IV區(qū)條件下的評價將能更為有效、全面地反映鋼鐵材料的耐硫酸露點腐蝕性 能。但是，IV區(qū)的H2SO4濃度為80% 90%，溫度高達130 160°C。目前用于II區(qū) 條件腐蝕評價的普通水浴加熱和裝置限制了溫度的提高，并容易因H2SO4揮發(fā)而造成腐蝕 介質(zhì)濃度的變化，現(xiàn)有的試驗裝置不能滿足模擬IV區(qū)條件下的腐蝕評價。因此，當前尚無 相應的通過評定IV區(qū)腐蝕速率來評價鋼鐵材料耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置。為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種通過綜合評價鋼鐵材料在II區(qū)和 IV區(qū)條件下的腐蝕速率，準確評定鋼鐵材料耐硫酸露點腐蝕性能的方法及其裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面提供一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法，評價鋼鐵材 料在130°C 160°C、80% 90%&H2S04中的腐蝕速率，其特征在于，以點接觸的方式固定 鋼鐵材料試樣，將其放入80% 90%的H2SO4中，采用高沸點介質(zhì)、在密閉回流系統(tǒng)中加熱 至130°C 160°C，反應一段時間后測量所述試樣的失重。
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本發(fā)明的第二個方面提供一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，包括恒溫加 熱系統(tǒng)、測試樣品放置系統(tǒng)和回流冷凝系統(tǒng)，其特征在于，所述恒溫加熱系統(tǒng)包括數(shù)字溫度 顯示器、溫度設(shè)定調(diào)節(jié)器、電源開關(guān)、加熱器、恒溫加熱槽和熱電偶；所述測試樣品放置系統(tǒng) 包括試樣擱置架、反應容器、密封活塞和溫度計；所述回流冷凝系統(tǒng)包括玻璃導管和冷凝 器，所述冷凝器上設(shè)有進水口和出水口。根據(jù)本發(fā)明的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，優(yōu)選的是，所述試樣擱置架 為四柱式。根據(jù)本發(fā)明的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，優(yōu)選的是，所述恒溫加熱系 統(tǒng)所用加熱介質(zhì)的沸點為200°C以上。根據(jù)本發(fā)明的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，優(yōu)選的是，所述加熱介質(zhì)為硅油。本發(fā)明的構(gòu)思是設(shè)計點接觸式的試樣擱置架，通過恒溫加熱槽利用高沸點加熱 介質(zhì)將帶有回流冷凝裝置的內(nèi)盛硫酸的反應容器加熱，以模擬涵蓋高溫高濃度條件下的更 苛刻的硫酸腐蝕環(huán)境。利用該裝置不僅可對鋼鐵材料在低濃度低溫H2SO4介質(zhì)條件下的腐 蝕性能進行評價，還可同時對80% 90%的高濃度硫酸和130°C 160°C的高溫區(qū)間進行 相關(guān)腐蝕性能評定。本發(fā)明的測試鋼鐵材料耐硫酸露點腐蝕性能的實驗裝置的組成和結(jié)構(gòu)示意圖如 圖2所示。本發(fā)明的主體裝置主要包括恒溫加熱系統(tǒng)、回流冷凝系統(tǒng)及測試樣品放置系統(tǒng)三 個部分。恒溫加熱系統(tǒng)由恒溫加熱槽5、數(shù)字溫度顯示器1、溫度設(shè)定調(diào)節(jié)器2、電源開關(guān)3、 加熱器4、熱電偶16等構(gòu)成。由于水的沸點為100°C，不能滿足介質(zhì)溫度長期加熱到130°C 160°C的實驗要求，因此恒溫加熱槽5中的加熱介質(zhì)17沸點宜在200°C以上，如可采用硅油?；亓骼淠到y(tǒng)由玻璃導管11和冷凝器12構(gòu)成，冷凝器12上設(shè)有進水口 14和出 水口 13。測試樣品放置系統(tǒng)包括反應容器9、密封活塞10、溫度計15、試樣擱置架7等部分。 試樣擱置架7的結(jié)構(gòu)形式為四柱式(見圖3)，試樣6傾斜放置于其間，與試樣擱置架7間為 點方式接觸。裝置操作和腐蝕性能評價方法首先將實驗樣品剪切加工至規(guī)定尺寸，表面磨床機加工后，采用脫脂劑表面除油， 無水酒精清洗后用熱水機吹干試樣，采用游標卡尺測量試樣尺寸，用分析天平稱量原始重 量后置入干燥器中保存?zhèn)溆?。將恒溫加熱?內(nèi)加入加熱介質(zhì)17，開啟電源開關(guān)3，按實驗要求設(shè)定溫度設(shè)定調(diào) 節(jié)器2至工作溫度，此時加熱器4開始工作，并通過熱電偶16控制加熱溫度。按實驗條件需求將反應容器9中注入特定濃度的H2SO4溶液8并置入恒溫加熱槽 5內(nèi)開始對H2SO4溶液8進行加熱，將試樣6放置在試樣擱置架7上，待H2SO4溶液達到實驗 溫度后迅速將試樣擱置架放入反應容器9中，蓋好密封活塞10，在冷凝器12的進水口 14中 通入冷卻水后開始實驗。試驗到設(shè)定時間后(一般為72小時，也可根據(jù)用戶需求進行特殊 設(shè)定)，取出試樣，稱重，并計算出試樣單位面積失重或失重率，進行定量評定。
本發(fā)明裝置的特點如下(1)采用高沸點加熱介質(zhì)17，可將H2SO4腐蝕介質(zhì)的溫度提高到200°C以下，從而 可滿足IV區(qū)130°C 160°c穩(wěn)定加熱要求。(2)發(fā)明裝置配備回流冷凝器，避免了實驗過程中在較高的溫度條件下因吐504腐 蝕介質(zhì)的揮發(fā)而造成其濃度的波動，確保了實驗的準確性，提高了實驗的重現(xiàn)性。(3)四柱式試樣擱置架的結(jié)構(gòu)形式使其與試樣之間呈點接觸方式，從而確保試樣 表面最大限度地暴露于腐蝕介質(zhì)中。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提出的方法依據(jù)鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的特點，將評價條件從II區(qū)擴展 到II區(qū)和IV區(qū)，以便進行更全面和準確的性能評價，同時發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn) 定、控制精度高、操作簡易等優(yōu)點，可廣泛在實驗室中對鋼鐵材料的耐硫酸露點腐蝕性能評 定，成為開發(fā)新型耐硫酸露點腐蝕鋼種的有效支撐手段。


圖1表示鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的一般行為特點曲線；圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中試樣擱置架的結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖中1-數(shù)字溫度顯示器，2-溫度設(shè)定調(diào)節(jié)器，3-電源開關(guān)，4-加熱器，5-恒溫 加熱槽，6-試樣，7-試樣擱置架，8-硫酸溶液，9-反應容器，10-密封活塞，11-玻璃導管， 12-冷凝器，13-出水口，14-進水口，15-溫度計，16-熱電偶，17-加熱介質(zhì)。
具體實施例方式以下用實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最 佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例1鋼鐵材料在低溫低濃度H2SO4中的耐露點腐蝕性能測試檢測對象:A3鋼和12MnCuCr鋼H2SO4 溶液濃度 20 %，溫度 30 V首先將待評價鋼板用剪床剪切至40mmX60mm，磨床機加工至厚度3mm，表面脫脂 處理，最后用酒精清洗后吹干備用。具體操作如下(1)將恒溫加熱槽5內(nèi)加入硅油。 (2)開啟電源開關(guān)3，設(shè)定溫度設(shè)定調(diào)節(jié)器2的溫度30°C，此時加熱器4開始工作， 并通過熱電偶16控制加熱溫度。(3)將反應容器9中注入20%硫酸并置入恒溫加熱槽5內(nèi)開始對硫酸溶液8進行 加熱。(4)將試樣6放置在試樣擱置架7上，待硫酸達到30°C后迅速將試樣擱置架放入 反應容器9中，蓋好密封活塞10。(5)在冷凝器12的進水口 14中通入冷卻水后開始實驗。
(6)測試72h后取出樣品，稱重后計算腐蝕失重。
待測各鋼種的腐蝕速率如下所示
鋼種腐蝕速率g／m’．h
A3韋岡65．43
l 2MrlCuCr25．23
由上可知12MnCuCr鋼的耐硫酸露點腐蝕性能優(yōu)于普通碳鋼A3鋼。
實施例2
鋼鐵材料在中溫中濃度H，S。。中的耐露點腐蝕性能測試
檢測對象ND鋼、CR工R、20(和Sten等鋼種
H，S。。溶液濃度50％，溫度70℃
試樣準備和基本操作過程同實施例l。
各鋼種的腐蝕速率測定值如下所示
鋼種腐蝕速率mg／Cm’．h
20(；102．90
ND鋼7．18
CR工R(日本)12．52
] Sten28．63
由上可知上述四類鋼種中，ND鋼具有最佳的耐中溫中等濃度硫酸腐蝕性能。
實施例3
鋼鐵材料在高溫高濃度H，S。。中的耐露點腐蝕性能測試
檢測對象loCrl、CRlA4l和碳鋼
H，S。。溶液濃度80％，溫度130℃
試樣準備和基本操作過程同實施例l。
各鋼種的腐蝕速率測定值如下所示
鋼種腐蝕速率mm．a(chǎn)—l[oo70] loCrlCu8．53
碳鋼20．45[oo72] CRlA4 l5．36[oo73] 由上可知，此三類鋼種中，CRlA4l鋼具有最佳的耐高溫高濃度硫酸腐蝕性能。
本發(fā)明提出的方法依據(jù)鋼鐵材料硫酸露點腐蝕的特點，將評價條件從II區(qū)擴展到II區(qū)和IV區(qū)，以便進行更全面和準確的性能評價，同時發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、控制精度高、操作簡易等優(yōu)點，可廣泛在實驗室中對鋼鐵材料的耐硫酸露點腐蝕性能評定，成為開發(fā)新型耐硫酸露點腐蝕鋼種的有效支撐手段。
權(quán)利要求
一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法，評價鋼鐵材料在130℃～160℃、80％～90％的H2SO4中的腐蝕速率，其特征在于，以點接觸的方式固定鋼鐵材料試樣，將其放入80％～90％的H2SO4中，采用高沸點介質(zhì)、在密閉回流系統(tǒng)中加熱至130℃～160℃，反應一段時間后測量所述試樣的失重。
2.一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，包括恒溫加熱系統(tǒng)、測試樣品放置系統(tǒng) 和回流冷凝系統(tǒng)，其特征在于，所述恒溫加熱系統(tǒng)包括數(shù)字溫度顯示器(1)、溫度設(shè)定調(diào)節(jié) 器(2)、電源開關(guān)(3)、加熱器(4)、恒溫加熱槽(5)和熱電偶(16)；所述測試樣品放置系統(tǒng) 包括試樣擱置架(7)、反應容器(9)、密封活塞(10)和溫度計(15)；所述回流冷凝系統(tǒng)包括 玻璃導管(11)和冷凝器(12)，所述冷凝器(12)上設(shè)有進水口(14)和出水口(13)。
3.如權(quán)利要求2所述的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，其特征在于，所述試樣 擱置架(7)為四柱式。
4.如權(quán)利要求2所述的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，其特征在于，所述恒溫 加熱系統(tǒng)所用加熱介質(zhì)的沸點為200°C以上。
5.如權(quán)利要求4所述的測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的裝置，其特征在于，所述加熱 介質(zhì)為硅油。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測試鋼鐵耐硫酸露點腐蝕性能的方法，評價鋼鐵材料在130℃～160℃、80％～90％的H2SO4中的腐蝕速率，其特征在于，以點接觸的方式固定鋼鐵材料試樣，將其放入80％～90％的H2SO4中，采用高沸點介質(zhì)、在密閉回流系統(tǒng)中加熱至130℃～160℃，反應一段時間后測量所述試樣的失重。本發(fā)明還提供該方法使用的裝置。通過對原有評價方法和裝置的改進，使得對鋼鐵材料耐硫酸腐蝕性能的評價更為全面和準確。
文檔編號G01N5/00GK101929944SQ200910053530
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者周慶軍, 王煒, 錢余海, 齊慧濱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司