Mechanizm powstawania i wzrost termodynamicznie stabilnych, cienkich oraz ochronnych struktur tlenkowych w wyniku wysokotemperaturowego utleniania w parze wodnej materiałów na osnowie żelaza i niklu z dużą zawartością chromu
Development mechanism of thermodynamically stable, thin and protective oxide scales formation at high temperatures in pure water steam on the alloys based on Fe and Ni structures with high chromium content.
Opis projektu
W pierwszym etapie realizacji badań zostaną wykonane obliczenia termodynamiczne w wybranych układach przy zastosowaniu dostępnego w Instytucie Odlewnictwa oprogramowania. Na podstawie tych obliczeń, będzie możliwe prognozowanie składu chemicznego tworzących się cienkich zgorzelin tlenkowych (rok 2015 – 2016).
W drugim etapie realizacji projektu zostaną wykonane wysokotemperaturowe długoterminowe badania utleniania w parze wodnej w trzech temperaturach T = 700, 750 oraz T = 800 oC w czasie t = 3000 h (z kontrolnym pomiarem masy co t = 250 godzin). Etap ten będzie najdłuższą częścią projektu i będzie trwał przez 2 lata (2015 – 2017).
Trzeci etap realizacji badań obejmuje badania strukturalne w skali makro oraz mikro, przy pomocy aparatu cyfrowego z obiektywem makro oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. W celu poszerzenia spektrum wiedzy na temat mechanizmu korozji wysokotemperaturowej, próbki będą poddane szczegółowym badaniom strukturalnym w celu identyfikacji faz (produktów reakcji), naprężeń w warstwach tlenkowych oraz rozmiarów krystalitów w utworzonych zgorzelinach (2015 – 2015).
Czwartym etapem projektu będzie obliczenie straty metalu po testach w wysokiej temperaturze w zakresie temperatur od T = 700 do T = 800oC (2017).
W piątym etapie realizacji projektu otrzymane dane z wysokotemperaturowych badań korozyjnych będą wykorzystane do modelowania kinetyki wzrostu zgorzeliny tlenkowej za pomocą sieci neuronowej (2017).
Celem naukowym projektu jest wyjaśnienie mechanizmu powstawania termodynamicznie stabilnych, cienkich, ochronnych zgorzelin tlenkowych w czasie utleniania wysokotemperaturowego stopów na bazie żelaza i niklu z wysoką zawartością chromu (> 20% wag.) w atmosferze czystej pary wodnej. W projekcie założono wykonanie wysokotemperaturowych, długoterminowych, badań dla czasów dochodzących do t = 3000 h w temperaturach T = 700, 750 oraz T = 800oC w atmosferze czystej zdejonizowanej pary wodnej. Uzyskane wyniki kompleksowych badań podstawowych, realizowanych w proponowanym projekcie przyczynią się do wyjaśnienia szeregu problemów naukowych, takich jak:
1. Wyjaśnienie mechanizmu wysokotemperaturowej korozji w parze wodnej (p = 1 bar) materiałów na bazie żelaza i niklu z wysoką zawartością chromu (> 20 % wag.) w temperaturze T = 700, 750 oraz T = 800oC dla czasów 3000 godzin
2. Oszacowanie kinetyki utleniania z wykorzystaniem metod obliczeniowych sieci neuronowej
3. Oszacowania wpływu składu chemicznego stopów na bazie żelaza oraz niklu na powstawanie termodynamicznie trwałych, stałych produktów reakcji w wysokich temperaturach
4. Oszacowanie straty metalu w wyniku procesów utleniania w parze wodnej.
Projekt numer: 2014/13/D/ST8/03256
Organizacja: Instytut Odlewnictwa
Komórka Organizacyjna: Centrum Badań Wysokotemperaturowych
Rodzaj Badań Naukowych: Badania Podstawowe
Okres finansowania projektu 2015 – 2018
Wartość Projektu: 594 870,00 PLN
Materiały przeznaczone do badań:
Stale nierdzewne z wysoką zawartością Cr: HR3C, 309S, 310S
Stopy na bazie niklu: Haynes 230, stop 617, stop 263, Haynes 282
Kierownik projektu dziękuje za dostarczenie materiałów do badań wysokotemperaturowych wymienionym podmiotom.