The structure of external surfaces of scale forming on crofer 22APU steel in atmosphere containing H2/H2S

The paper presents results of structural tests carried out for scale formed during high-temperature sulphurisation of Crofer 22APU steel within temperature range 600-900°C, in atmosphere containing H2/H2S, at partial pressure of sulphur vapours: pS210-7 up to 10-1 Pa. Non-preoxidated and preoxidated (preliminarily oxidated in air atmosphere) samples were put through sulphurisation process. The SEM, EDX and XRD methods were employed to examine scale surface morphology, including its chemical constitution and phase composition. The SEM tests allowed to find that scale structure depends on atmosphere content and temperature. In conditions of high sulphur vapour pressure values (exceeding iron sulphide dissociation pressure), scale has two layers and consists of a mixture of iron sulphides (FenSm) and chromium sulphides (CrxSy). Outer scale layer is built of large, column-shaped grains with composition corresponding to (FenSm), whereas its inner layer - fine-grained and porous - is a mixture of chromium sulphides, iron sulphides and sulphospinels. Occurrence of internal oxidation zone has been observed at the temperatures of 800°C and 900°C. Scale has single layer at low sulphur vapour pressure values, that is under FeS dissociation pressure. Preoxidated steel samples undergo sulphurisation process also after incubation period. This period is changeable and depends on sulphur vapour temperature and pressure. The structure and chemical constitution of scale formed on pre-oxidated samples depends on sulphurisation process parameters. Morphology of outer scale surface on preoxidated samples is complicated, because sulphides of all steel constituents are forming on the surface of oxides.

W pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych zgorzelin otrzymanych w trakcie wysokotemperaturowego siarkowania stali Crofer 22APU w zakresie temperatur 600-900°C w atmosferze H2/H2S przy ciśnieniu parcjalnym par siarki pS210-7 do 10-1 Pa. Procesowi siarkowania poddano próbki nie preoksydowane oraz próbki preoksydowane (wstępnie utlenione w atmosferze powietrza). Badania morfologii powierzchni zgorzelin wraz z ich składem chemicznym i fazowym wykonano przy zastosowaniu SEM, EDX i XRD. Na podstawie badań SEM stwierdzono, że budowa zgorzelin zależy od składu atmosfery oraz temperatury. W warunkach wysokich prężności par siarki (powyżej prężności rozkładowej siarczku żelaza) zgorzeliny są dwuwarstwowe i są zbudowane z mieszaniny siarczków żelaza (FenSm) i siarczków chromu (CrxSy). Zewnętrzna warstw zgorzeliny jest zbudowana z dużych kolumnowych ziaren o składzie odpowiadającej (FenSm), natomiast wewnętrzna drobno ziarnista, porowata jest mieszaniną siarczków chromu, żelaza oraz sulfospineli. W temperaturze 800°C i 900°C stwierdzono występowanie strefy wewnętrznego utleniania. W niskich ciśnieniach par siarki tzn. poniżej prężności rozkładowej FeS, zgorzeliny są jednowarstwowe. próbki stali preoksydowane ulegają również procesowi siarkowania po okresie inkubacji. Okres ten jest zmienny i zależy od temperatury i prężności par siarki. Budowa i skład chemiczny zgorzelin otrzymanych na preoksydowanych próbkach zależy od parametrów siarkowania. Morfologia zewnętrznej powierzchni zgorzeliny utworzonej na próbkach preoxydowanych jest skomplikowana, gdyż na powierzchni tlenków tworzą się siarczki składników stali.