亚硅氯化氢反应器氢化炉内件腐蚀研究分析

李丰梅，邱守光

（1.通标标准技术服务有限公司南京分公司， 江苏 南京 210014）

（2.江苏卓质诚工程管理有限公司，江苏 靖江 214599）

1 概述

氢化炉管件表面形成了非正常片层，片层厚度达到3-5mm，部分槽钢销子腐蚀掉落，初步怀疑内件在氢化炉内发生了严重腐蚀。

氯化氢反应器使用工况：

工作温度：5 5 0-5 6 0 ℃；工作压力：1.95MPa；工作组分：工作硅粉、四氯化硅、氢气、三氯化氢硅、二氯二氢硅、氯化氢、金属氯化物。

2 成分分析

将样品进行破碎，对母材进行抛光处理，通过直读光谱仪对样品进行成分测试，测试结果如表1，显示成分符合标准要求。

图1 母材光谱样品

表1 母材光谱分析结果

3 宏观观察

母材腐蚀产物出现不同程度的疏松层厚度，经测量腐蚀外层约2.92mm，内层约2.7mm，腐蚀后母材壁厚约为2.1mm，样品表面腐蚀物出现严重的脱皮、掉渣（图2），样品也出现了严重的分层现象（图3）。

图2 管件纵面

图3 管件横截面

4 金相及扫描电镜分析

对母材横截面进行金相分析，基体组织为铁素体，在铁素体晶界上出现了晶界偏聚，金相组织如图4、图6、图8，通过扫描电镜观察发现，在靠近母材内外壁均出现不同程度的晶界裂纹、晶界孔洞，如图5、图7、图9。

图4 内侧金相 200×

图5 内侧SEM 1000×

图6 外侧金相 200×

图7 外侧SEM 1000×

图8 中间金相 200×

图9 中间SEM 1000×

对晶界处进行能谱分析，能谱成分结果如图10、图11。

图10 正常晶界处能谱成分结果图

图11 晶界偏聚处能谱成分结果图

通过能谱分析结果可以发现晶界偏聚处的Cr含量比正常组织处的含量高，该元素能够促进杂质元素在晶界处的偏聚。

5 扫描电镜腐蚀产物分析

5.1 对氢化炉内件取长×宽为10×10mm的样品，腐蚀产物外表面、中间、内表面形貌如图12、图13、图14。

图12 外表面腐蚀产物形貌

图13 中间腐蚀产物形貌

图14 母材内表面腐蚀产物形貌

5.2 对腐蚀产物进行能谱分析

5.2.1 外层腐蚀产物能谱分析

对外层腐蚀产物进行能谱分析，结果如图15，除Fe基体外，Cl、Cr元素含量相对偏高。

图15 外层腐蚀产物能谱分析结果

5.2.2 中间腐蚀产物能谱分析

对中间腐蚀产物进行能谱分析，结果如图16，除Fe基体外，Cl、Cr元素含量相对偏高。

图16 中间腐蚀产物能谱分析结果

5.2.3 内表面腐蚀产物能谱分析

对内表面腐蚀产物进行能谱分析，结果如图17，除Fe基体外，Si、P元素含量相对偏高

图17 内表面腐蚀产物能谱分析结果

6 分析与讨论

(1)从母材光谱分析结果看，母材成分符合材料要求。

(2)宏观金相可以看出样品腐蚀产物存在脱皮、掉渣、严重分层现象，说明管子内外表面长期在高温下接触介质，高温脱碳氢化造成组织疏松，腐蚀严重。

(3)通过母材金相组织和扫描电镜分析，可以明显看到，基体组织为铁素体，基体组织在晶界处出现晶界偏聚、晶界孔洞。管子在450-650℃区间长时间停留，会引起材料的回火脆性，此类断口呈晶间断裂形貌。

(4)通过对腐蚀产物进行能谱分析可以看出，除Fe基体外，Cl、Cr元素含量相对偏高，内表面Si、P元素含量相对偏高。工作介质在高温情况下会对母材造成腐蚀，尤其硅粉中的P元素在这种高温条件下容易向晶界处偏聚，会削弱晶粒之间的结合强度，进一步增加回火脆性。钢中的Cr元素也会促进杂质元素在晶界的偏聚。

(5)高温条件下，管材在富含氢的腐蚀介质中长期运行，金相组织母材中出现的晶界孔洞也是氢致腐蚀的原因之一。同时氢的存在也会进一步加剧回火脆性。

7 结论

(1)管子长期在550-560℃高温下工作，在腐蚀介质的长期作用下（主要是氢化物以及硅粉中的P元素），引起材料的严重腐蚀以及回火脆性，母材组织出现晶界孔洞、晶界偏聚现象，由晶界处产生裂纹，使材料性能产生失效。

(2)内外表面长期在高温下接触介质，高温脱碳氢化造成组织疏松，腐蚀严重。

◆参考文献

[1] GB/T 4336-2016，碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法（常规法）[S].

[2] GB/713-2014，锅炉和压力容器用钢板[S].

[3] GB/T 13299-1991，钢的显微组织评定方法[S].