Microprocesses of metal dusting on nickel and Ni-base alloys

Abstract

Microstructural and microchemical investigations were carried out on nickel and Inconel 600 after exposure to strongly carburizing atmospheres at temperatures of about 600 to 650°C to study their metal dusting behaviour. Contrary to iron and low-alloy steels, where metal dusting proceeds via the formation and disintegration of a metastable carbide M3C, both nickel and Inconel 600 directly disintegrate. Inside the metal this disintegration proceeds by formation of thin graphite filaments of nearly 10 nm in diameter, the atomic basal planes of which are oriented perpendicular to the surface thus effecting a high reactivity at the growth front. Subsequently, fine particles or larger parts of the metal surface layer are released, which are buried in the deposited graphite layer on the surface. In case of Inconel 600, containing Cr with mass contents of about 15%, the disintegration can be delayed by the formation of a chromium oxide layer, but no safe protection against metal dusting is obtained. Proben von Nickel und Inconel 600 wurden in aufkohlender Atmosphäre bei 600 bis 650°C getempert und anschließend zur Aufklärung ihres Metal Dusting Verhaltens mikrostrukturell und mikrochemisch untersucht. Während in Eisen und niedriglegierten Stählen der Schädigungsmechanismus über Bildung und Zerfall von metastabilen M3C-Carbiden verläuft, zerfallen Nickel und Inconel 600 dadurch, daß ca. 10 nm dünne Graphitfäden in das Metall hineinwachsen, wobei die atomaren Graphitbasisebenen senkrecht zur Metalloberfläche orientiert sind, was die hohe Reaktivität im Bereich der Wachstumsfront erklärt. Die bei diesem Prozeß frei werdenden Metallpartikel werden in die Graphitschicht eingelagert, die sich gleichzeitig auf der Oberfläche abscheidet. Im Falle von Inconel 600, das Massenanteile von 15% Cr enthält, kann der Metal Dusting Prozeß durch Bildung einer schützenden Chromoxidschicht verlangsamt, aber nicht vollständig verhindert werden.