专利名称：一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料腐蚀领域，具体地说，本发明涉及一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀 性能的方法及其装置。
背景技术：
在燃油或燃煤锅炉的燃料重油或煤中通常含有2% 3%的硫，燃烧后在产物中 形成二氧化硫(S02)，SO2在烟气中受催化作用而进一步氧化生成三氧化硫(S03)，SO3与大 气中的水结合生成硫酸(H2SO4),在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属，产生所谓的 硫酸露点腐蚀。钢铁材料的硫酸露点腐蚀具有很高的腐蚀速率，对工业生产设备造成极大的危 害，因此受到了国内外石油、化工、能源、动力等行业的广泛关注。解决此问题的有效办法是 选择对此类腐蚀耐蚀好的钢种，耐硫酸露点腐蚀钢即为适应此需求而开发的一类低合金耐 蚀钢。钢铁材料硫酸露点腐蚀的速率与H2SO4的浓度和温度密切相关，其腐蚀规律如图1 所示，一般可将腐蚀区分为四个区域，其中低温中浓度的II区和高温高浓度的IV区腐蚀最 快(参见《低合金耐蚀钢》，松岛岩著，靳裕康译，北京机械工业出版社，2004，P138)。腐蚀速率是耐硫酸露点腐蚀钢最重要同时也是用户最为关注的技术指标。准确、 客观、科学地评价钢的耐硫酸露点腐蚀性能强烈受到实验条件和方法的影响与限制。现有 的资料和相关文献表明目前对钢耐硫酸露点腐蚀性能的评价方法多采用浓度为40% 50%的!^04在501 701低温区域进行浸泡，并采用失重量或失重速率进行评定，即腐蚀 条件仅局限于图1中低温中浓度的II区。而实践表明，IV区的腐蚀环境较II区更为苛刻， 即使钢在II区具有良好的耐蚀性能，但在IV区条件的应用过程也常发生过早失效，因此综 合在II区和IV区条件下的评价将能更为有效、全面地反映钢铁材料的耐硫酸露点腐蚀性 能。但是，IV区的H2SO4浓度为80% 90%，温度高达130 160°C。目前用于II区 条件腐蚀评价的普通水浴加热和装置限制了温度的提高，并容易因H2SO4挥发而造成腐蚀 介质浓度的变化，现有的试验装置不能满足模拟IV区条件下的腐蚀评价。因此，当前尚无 相应的通过评定IV区腐蚀速率来评价钢铁材料耐硫酸露点腐蚀性能的方法及其装置。为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种通过综合评价钢铁材料在II区和 IV区条件下的腐蚀速率，准确评定钢铁材料耐硫酸露点腐蚀性能的方法及其装置。
发明内容
本发明的第一个方面提供一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的方法，评价钢铁材 料在130°C 160°C、80% 90%&H2S04中的腐蚀速率，其特征在于，以点接触的方式固定 钢铁材料试样，将其放入80% 90%的H2SO4中，采用高沸点介质、在密闭回流系统中加热 至130°C 160°C，反应一段时间后测量所述试样的失重。
3
本发明的第二个方面提供一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，包括恒温加 热系统、测试样品放置系统和回流冷凝系统，其特征在于，所述恒温加热系统包括数字温度 显示器、温度设定调节器、电源开关、加热器、恒温加热槽和热电偶；所述测试样品放置系统 包括试样搁置架、反应容器、密封活塞和温度计；所述回流冷凝系统包括玻璃导管和冷凝 器，所述冷凝器上设有进水口和出水口。根据本发明的测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，优选的是，所述试样搁置架 为四柱式。根据本发明的测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，优选的是，所述恒温加热系 统所用加热介质的沸点为200°C以上。根据本发明的测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，优选的是，所述加热介质为硅油。本发明的构思是设计点接触式的试样搁置架，通过恒温加热槽利用高沸点加热 介质将带有回流冷凝装置的内盛硫酸的反应容器加热，以模拟涵盖高温高浓度条件下的更 苛刻的硫酸腐蚀环境。利用该装置不仅可对钢铁材料在低浓度低温H2SO4介质条件下的腐 蚀性能进行评价，还可同时对80% 90%的高浓度硫酸和130°C 160°C的高温区间进行 相关腐蚀性能评定。本发明的测试钢铁材料耐硫酸露点腐蚀性能的实验装置的组成和结构示意图如 图2所示。本发明的主体装置主要包括恒温加热系统、回流冷凝系统及测试样品放置系统三 个部分。恒温加热系统由恒温加热槽5、数字温度显示器1、温度设定调节器2、电源开关3、 加热器4、热电偶16等构成。由于水的沸点为100°C，不能满足介质温度长期加热到130°C 160°C的实验要求，因此恒温加热槽5中的加热介质17沸点宜在200°C以上，如可采用硅油。回流冷凝系统由玻璃导管11和冷凝器12构成，冷凝器12上设有进水口 14和出 水口 13。测试样品放置系统包括反应容器9、密封活塞10、温度计15、试样搁置架7等部分。 试样搁置架7的结构形式为四柱式(见图3)，试样6倾斜放置于其间，与试样搁置架7间为 点方式接触。装置操作和腐蚀性能评价方法首先将实验样品剪切加工至规定尺寸，表面磨床机加工后，采用脱脂剂表面除油， 无水酒精清洗后用热水机吹干试样，采用游标卡尺测量试样尺寸，用分析天平称量原始重 量后置入干燥器中保存备用。将恒温加热槽5内加入加热介质17，开启电源开关3，按实验要求设定温度设定调 节器2至工作温度，此时加热器4开始工作，并通过热电偶16控制加热温度。按实验条件需求将反应容器9中注入特定浓度的H2SO4溶液8并置入恒温加热槽 5内开始对H2SO4溶液8进行加热，将试样6放置在试样搁置架7上，待H2SO4溶液达到实验 温度后迅速将试样搁置架放入反应容器9中，盖好密封活塞10，在冷凝器12的进水口 14中 通入冷却水后开始实验。试验到设定时间后(一般为72小时，也可根据用户需求进行特殊 设定)，取出试样，称重，并计算出试样单位面积失重或失重率，进行定量评定。
本发明装置的特点如下(1)采用高沸点加热介质17，可将H2SO4腐蚀介质的温度提高到200°C以下，从而 可满足IV区130°C 160°c稳定加热要求。(2)发明装置配备回流冷凝器，避免了实验过程中在较高的温度条件下因吐504腐 蚀介质的挥发而造成其浓度的波动，确保了实验的准确性，提高了实验的重现性。(3)四柱式试样搁置架的结构形式使其与试样之间呈点接触方式，从而确保试样 表面最大限度地暴露于腐蚀介质中。本发明的有益效果为本发明提出的方法依据钢铁材料硫酸露点腐蚀的特点，将评价条件从II区扩展 到II区和IV区，以便进行更全面和准确的性能评价，同时发明装置具有结构简单、性能稳 定、控制精度高、操作简易等优点，可广泛在实验室中对钢铁材料的耐硫酸露点腐蚀性能评 定，成为开发新型耐硫酸露点腐蚀钢种的有效支撑手段。
图1表示钢铁材料硫酸露点腐蚀的一般行为特点曲线；图2为本发明装置的结构示意图；图3为图2中试样搁置架的结构放大示意图。图中1-数字温度显示器，2-温度设定调节器，3-电源开关，4-加热器，5-恒温 加热槽，6-试样，7-试样搁置架，8-硫酸溶液，9-反应容器，10-密封活塞，11-玻璃导管， 12-冷凝器，13-出水口，14-进水口，15-温度计，16-热电偶，17-加热介质。
具体实施例方式以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最 佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例1钢铁材料在低温低浓度H2SO4中的耐露点腐蚀性能测试检测对象:A3钢和12MnCuCr钢H2SO4 溶液浓度 20 %，温度 30 V首先将待评价钢板用剪床剪切至40mmX60mm，磨床机加工至厚度3mm，表面脱脂 处理，最后用酒精清洗后吹干备用。具体操作如下(1)将恒温加热槽5内加入硅油。 (2)开启电源开关3，设定温度设定调节器2的温度30°C，此时加热器4开始工作， 并通过热电偶16控制加热温度。(3)将反应容器9中注入20%硫酸并置入恒温加热槽5内开始对硫酸溶液8进行 加热。(4)将试样6放置在试样搁置架7上，待硫酸达到30°C后迅速将试样搁置架放入 反应容器9中，盖好密封活塞10。(5)在冷凝器12的进水口 14中通入冷却水后开始实验。
(6)测试72h后取出样品，称重后计算腐蚀失重。
待测各钢种的腐蚀速率如下所示
钢种腐蚀速率g／m’．h
A3韦冈65．43
l 2MrlCuCr25．23
由上可知12MnCuCr钢的耐硫酸露点腐蚀性能优于普通碳钢A3钢。
实施例2
钢铁材料在中温中浓度H，S。。中的耐露点腐蚀性能测试
检测对象ND钢、CR工R、20(和Sten等钢种
H，S。。溶液浓度50％，温度70℃
试样准备和基本操作过程同实施例l。
各钢种的腐蚀速率测定值如下所示
钢种腐蚀速率mg／Cm’．h
20(；102．90
ND钢7．18
CR工R(日本)12．52
] Sten28．63
由上可知上述四类钢种中，ND钢具有最佳的耐中温中等浓度硫酸腐蚀性能。
实施例3
钢铁材料在高温高浓度H，S。。中的耐露点腐蚀性能测试
检测对象loCrl、CRlA4l和碳钢
H，S。。溶液浓度80％，温度130℃
试样准备和基本操作过程同实施例l。
各钢种的腐蚀速率测定值如下所示
钢种腐蚀速率mm．a—l[oo70] loCrlCu8．53
碳钢20．45[oo72] CRlA4 l5．36[oo73] 由上可知，此三类钢种中，CRlA4l钢具有最佳的耐高温高浓度硫酸腐蚀性能。
本发明提出的方法依据钢铁材料硫酸露点腐蚀的特点，将评价条件从II区扩展到II区和IV区，以便进行更全面和准确的性能评价，同时发明装置具有结构简单、性能稳定、控制精度高、操作简易等优点，可广泛在实验室中对钢铁材料的耐硫酸露点腐蚀性能评定，成为开发新型耐硫酸露点腐蚀钢种的有效支撑手段。
权利要求
一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的方法，评价钢铁材料在130℃～160℃、80％～90％的H2SO4中的腐蚀速率，其特征在于，以点接触的方式固定钢铁材料试样，将其放入80％～90％的H2SO4中，采用高沸点介质、在密闭回流系统中加热至130℃～160℃，反应一段时间后测量所述试样的失重。
2.一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，包括恒温加热系统、测试样品放置系统 和回流冷凝系统，其特征在于，所述恒温加热系统包括数字温度显示器(1)、温度设定调节 器(2)、电源开关(3)、加热器(4)、恒温加热槽(5)和热电偶(16)；所述测试样品放置系统 包括试样搁置架(7)、反应容器(9)、密封活塞(10)和温度计(15)；所述回流冷凝系统包括 玻璃导管(11)和冷凝器(12)，所述冷凝器(12)上设有进水口(14)和出水口(13)。
3.如权利要求2所述的测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，其特征在于，所述试样 搁置架(7)为四柱式。
4.如权利要求2所述的测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，其特征在于，所述恒温 加热系统所用加热介质的沸点为200°C以上。
5.如权利要求4所述的测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的装置，其特征在于，所述加热 介质为硅油。
全文摘要
本发明提供一种测试钢铁耐硫酸露点腐蚀性能的方法，评价钢铁材料在130℃～160℃、80％～90％的H2SO4中的腐蚀速率，其特征在于，以点接触的方式固定钢铁材料试样，将其放入80％～90％的H2SO4中，采用高沸点介质、在密闭回流系统中加热至130℃～160℃，反应一段时间后测量所述试样的失重。本发明还提供该方法使用的装置。通过对原有评价方法和装置的改进，使得对钢铁材料耐硫酸腐蚀性能的评价更为全面和准确。
文档编号G01N5/00GK101929944SQ200910053530
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月22日 优先权日2009年6月22日
发明者周庆军, 王炜, 钱余海, 齐慧滨 申请人:宝山钢铁股份有限公司