Carburization behavior of iron-based alloys in methane/hydrogen gas mixtures

Abstract

يعتمد هذا البحث على دراسة ظاهرة التكربن التي تحدث لثلاث سبائك (SS 310, Incoloy 800HT, Haynes 556) مكونة أساساً من عنصر الحديد وذلك بعد تعريضها لدرجات حرارة عالية ونسب مختلفة من تركيز غازي الميثان والهيدروجين . وتقوم الدراسة على تعريض عينات من السبائك المستخدمة في هذا البحث للظروف السابقة الذكر على مرحلتين : الأولى تعريضها بشكل متواصل عند درجة حرارة معينة والأخرى هي تعريض العينات بشكل متقطع لدرجات الحرارة العالية . وقد تم استخدام أجهزة تحليلية متطورة لتشخيص التغيرات التي تطرأ على البنية الداخلية لكل عينة . ومن التحليل الثيرموديناميكي لحالات الغازات المختلفة اتضح أن الخليط المكون من (2% و 10% ميثان-هيدروجين) يكون ظرفاً مؤكسداً ومكربناً في آن واحد عندما تكون درجة الحرارة أقل من 1000 درجة مئوية . وفي نفس الوقت يكون هذا الخليط من الغازات مانعاً من تكون كربيدالكروميوم عندما تكون درجة الحرارة أكثر من 1000 درجة مئوية . وعند دراسة العينات من ناحية كيناتيكية وتدعيم ذلك بالنتائج التحليلية للبنية الداخلية نجد أن هذه السبائك تستطيع تكوين طبقة خارجية ومتصلة من أكاسيد وكربيدات مختلفة وذلك عند تعريضها لدرجة حرارة أقل من 1000 درجة مئوية . ومع تعريض هذه السبائك إلى درجة حرارة تفوق 1000 درجة مئوية نجد أنها تكون طبقة خارجية مكونة أساساً من كربيدات مختلفة وجزيئات فلزية من عنصر الكروميوم . وهذه الطبقة الخارجية غير متصلة وغير عازلة مما يجعلها مسببة لزيادة وزن العينات المعرضة لدرجات ا لحرارة العالية . وقد لوحظ عند دراسة العينات أن سبيكة SS310 تعاني من تكربن خارجي وداخلي في آن واحد وذلك عند تعريضها لخليط 2% ميثان-هيدروجين ودرجة حرارة 800 درجة مئوية ، بينما تعاني هذه السبيكة من تكربن خارجي عند تعريضها لخليط 10% ميثان-هيدروجين ودرجة حرارة 1100 درجة مئوية . أما بالنسبة لسبيكة Haynes 556 فإنها تحتوي على عنصر الكوبالت الذي يساعد على مقاومة التكربن . وعنصري النيكل والكوبالت يلعبان دوراً هاماً في مقاومة ظاهرة التكربن وخاصة عندما لا يمكن تكوين طبقة خارجية على السبيكة المعرضة لدرجات الحرارة العالية . وتحت الظروف المحددة مسبقاً وبالرغم من أن فاعلية الكربون في هذه التجارب تزيد عن واحد لم يلحظ وقوع حالات تكربن شديدة .