任 重

(中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003)

在石油炼制、煤化工和化学工业等行业，铁、低合金、高合金(包括镍基合金)等材料经常应用在还原性、高度碳化活性(碳活度aC>1)以及较高温度(400～800 ℃)的气体环境中，金属会产生粉化这一破坏性的腐蚀现象。

铁基合金的粉化机理有以下几个步骤[1-3]：(1)碳元素从气相中快速转移到金属表面，渗碳层在金属表面形成，且该层会成为碳元素进一步传质的障碍；(2)石墨成核及沉积，降低了碳在Fe3C/石墨界面上互相接触和结合的活性，且金属渗碳体开始分解成石墨和金属，之后会向外扩散并穿过石墨层，抵达石墨与气相的交界区域；(3)积碳中的金属颗粒可作为催化剂进一步促进石墨沉积。镍及镍基合金与铁基合金的粉化机理相似，但不会有亚稳态中间体M3C的形成。有些研究认为镍原子是通过嵌入石墨层然后形成纳米镍颗粒来进行扩散的，而这些纳米颗粒又为进一步的碳沉积起到了催化作用[4-5]。

1 金属高温粉化的机理

1.1 金属表面催化的气相反应

金属粉化过程可分为两种：一种是铁及铁素体的粉化， 在25%CO-73.2%H2-1.8%H2O气氛中,温度650 ℃,试验3 h后，在金属表面形成金属碳化物(即渗碳体)并被积碳包围(见图1)；另一种则为镍、钴及其合金的粉化，在31%CO-68%H2-1%H2O气氛中,温度680 ℃,试验50 h后，金属表面形成积碳，碳化物没有形成(见图2)。

图1 反应后铁截面积碳形貌

图2 反应后镍截面积碳形貌

只有当气相中碳过饱和时才会发生金属粉化，即以石墨为标准态时，aC>1。在中……