Low chromium steels used in the construction of petroleum refinery heaters work in flue gas environments containing water vapor. On the other hand, the higher oxidation rates of chromium containing steels in moist atmospheres have been reported. P-5, P-22, P-11(containing 5, 2.25 and 1.25 %Cr) and C-5 steels, used in petroleum refinery construction, were subjected to isothermal oxidation tests. These steels were tested in two different environments; air and flue gas composition of natural gas combustion -CO2+2H2O+7.52N2 gas mixture- by using a thermogravimetric analysis (TGA) technique. They were tested at 450 and 500oC to cover the temperature range used in the operation of heaters. From the analysis it was found that P-5 steel retained the best resistance among all steels in air while in CO2+N2+H2O environment, C-5 was superior to P-5 and P-22. To analyze the oxides and to correlate the TGA results to oxide composition and morphology; the optical microscopy, SEM-EDX and XRD tests were performed. The lower oxidation rates of P-5 and P-22 steels in air were explained with reference to an oxide layer with higher chromium at the surface. On the other hand, the higher oxidation rate in CO2+2H2O+7.52N2, was explained by the loss of the protective property of the oxide due to internal oxidation of chromium. The higher corrosivity of water vapor containing environments on Cr containing steels was attributed to the increase in permeability of oxidants to steel due to expansion of lattice parameters by dissolution of hydrogen which was formed by the combustion reaction and/or decomposition of water vapor. It was shown that addition of free oxygen to H2O containing environments reduces the rate of oxidation. R value representing the ratio of H2O to O2 mole fraction was found to be an important parameter to determine the behavior of Cr containing steels in moist atmosphere in the presence of free oxygen.

Petrol rafinerisi ısıtıcılarının yapımında kullanılan düşük kromlu çelikler, su buharı içeren baca gazı ortamında çalışırlar. Öte yandan, krom içeren çeliklerin su buharı ortamında daha yüksek oksitlenme hızına sahip oldukları bildirilmiş durumdadır. Petrol rafinerisi yapımında kullanılan, (P-5, P-22, P-11 (%5, 2.25 ve 1.25 Cr içeren) ve C5 çelikleri sabit sıcaklık oksitlenme testlerine tabi tutulmuşlardır. Söz konusu çelikler termogravimetrik analiz tekniği kullanılarak iki farklı ortamda test edilmişlerdir: hava ve doğal gazın yanması sonucu oluşan gaz kompozisyonu, CO2+2H2O+7.52N2. Çelikler, ısıtıcıların çalıştığı sıcaklık aralığını kapsayacak şekilde 450 ve 500 oC?lerde test edilmişlerdir. Analizlerden, P-5 çeliğinin, havada, tüm çelikler arasında en iyi dirence sahip olduğu; bununla beraber CO2+N2+H2O ortamında, C5?in P-5 ve P-22 çeliklerine kıyasla daha üstün olduğu bulunmuştur. Oksitleri incelemek ve TGA sonuçlarını oksit bileşimi ve morfolojisiyle ilişkilendirmek için SEM-EDX ve XRD testleri yapılmıştır. P-5 ve P-22 çeliklerinin havadaki daha düşük oksitlenme hızları, yüzeydeki kromca zengin oksit tabakasına dayandırılarak açıklanmıştır. Diğer yandan, CO2+2H2O+7.52N2 ortamındaki yüksek oksitlenme hızı, kromun çelik içi oksitlenmesi sonucu oksit tabakasının koruyucu özelliğini kaybetmesiyle açıklanmıştır. Su buharlı ortamların, Cr içeren çelikler için daha korozif olması; yanma reaksiyonu ve/veya su buharının ayrışmasıyla oluşan hidrojenin, kristal kafesi (lattice) içerisine girmesiyle kristal kafesinin genişlemesi ve oksitleyicilere geçirgenliğinin artmasına bağlanmıştır. Su buharı içeren ortamlara serbest oksijen ilavesinin oksitlenme hızını düşürdüğü gösterilmiştir. H2O?ya O2 mol oranını gösteren R değerinin, Cr içeren çeliklerin su buharı ortamında serbest oksijen varlığındaki davranışlarının belirlenmesinde önemli bir parametre olduğu bulunmuştur.