В1: В индустриални приложения никел 200 и никел 201 изглеждат почти идентични. Коя е единствената най-критична металургична разлика, която принуждава инженерите да избират едно пред друго, особено в среда с висока-температура?
О: Докато и никел 200 (UNS N02200), и никел 201 (UNS N02201) са търговски чисти ковано никелови сплави с отлична устойчивост на корозия, съдържанието на въглерод е определящата разлика, която диктува тяхното приложение, особено по отношение на температурата.
Никел 200 съдържа въглеродно съдържание до 0,15%.
Никел 201 е версията с „ниско-въглерод“ с максимално въглеродно съдържание от 0,02%.
Тази разлика може да изглежда незначителна на хартия, но е критична на практика поради явление, известно като графитизация.
При повишени температури (обикновено над 315 градуса или 600 градуса F), въглеродът, присъстващ в Nickel 200, става нестабилен. С течение на времето той може да се утаи от твърдия разтвор и да образува графитни филми по границите на зърната. Този процес, наречен графитизация, прави материала крехък. Компонент, който някога е бил пластичен и здрав, може внезапно да се напука или да се повреди при напрежение, тъй като границите на зърната са били ефективно „залепени“ от крехък графит.
Никел 201, със своето драстично намалено съдържание на въглерод, практически елиминира риска от графитизация. Следователно основното правило на индустрията е ясно:
Използвайте Nickel 200 за приложения под 315 градуса (напр. каустични изпарители при умерени температури, оборудване за обработка на храни).
Винаги посочвайте Nickel 201 за всяко приложение, включващо продължително излагане на температури над 315 градуса. Това прави Ni 201 стандартният избор за компоненти като съдове на химически реактори, прегревателни тръби и разпръсквачи в среда с каустик при висока-температура.
Освен това, това ниско съдържание на въглерод дава на Ni 201 превъзходна устойчивост на междукристална атака (сенсибилизация) при определени сценарии на заваряване, което го прави по-прощаващ материал за производство.
В2: Ние проектираме система за изпаряване на сода каустик (натриев хидроксид). Околната среда включва NaOH с висока-концентрация при повишени температури. Защо никел 201 е еталонният материал за това конкретно приложение и къде се проваля?
О: Никел 201 се смята широко за най-добрия строителен материал за работа със сода каустик, особено при производството на самата сода каустик (хлор-алкалната индустрия). Превъзходството му в тази област се дължи на уникална комбинация от фактори:
Устойчивост на разяждащо корозионно напукване (SCC): Неръждаемите стомани, особено аустенитни класове като 304 и 316, са податливи на разяждащо SCC при повишени температури и концентрации. Никел 201, тъй като е чиста никелова сплав, не съдържа желязо като основна съставна част и има лицево-центрирана кубична структура, която по своята същност е устойчива на този тип напукване.
Образуване на защитен оксиден слой: Никелът образува тънък, издръжлив и защитен слой от никелов оксид върху повърхността си. В разяждащи среди този слой е стабилен и предотвратява по-нататъшна бърза корозия, което води до много ниски, предвидими скорости на корозия.
Съвместимост с високи -температури: Както беше обсъдено в предишния въпрос, ниското съдържание на въглерод на Ni 201 гарантира, че той остава пластичен и устойчив на крехкост при повишени температури (често 150-200 градуса или по-високи), използвани при каустично изпаряване за увеличаване на концентрацията.
Къде се „проваля“ или изисква повишено внимание?
Устойчивостта на корозия на Ni 201 силно зависи от околната средачистокаустик.
Наличие на окислители: Ако потокът каустик е замърсен със силни окислители като хлорати, хипохлорити или йони на тежки метали (напр. мед, желязо), защитният оксиден слой може да се разпадне, което води до ускорена и тежка локализирана корозия.
Политионови киселини: Въпреки че не са често срещани в чисто каустик, ако се въведат серни съединения, Ni 201 може да пострада.
Аериране: Въпреки че като цяло са добри, силно аерираните (-наситени с кислород) каустични разтвори могат да увеличат степента на корозия в сравнение с де{1}}аерираните.
В обобщение, за чисти или високо{0}}чисти каустични среди при високи температури и концентрации, Nickel 201 предлага несравнима комбинация от устойчивост на корозия и механична цялост.
Q3: Ние сме производител, който е нов в заваряването на никел 201. Чухме, че е „докосващ“ в сравнение с неръждаемата стомана. Кои са най-честите клопки при заваряването с Ni 201 и какви специфични процедури гарантират здрава, устойчива на корозия-заварка?
О: Вие сте прав; заваряването на Никел 201 изисква различна дисциплина от заваряването на неръждаема стомана. Не е непременно по-трудно, но е по-малко прощаващо към лошите практики. Основната цел е да се поддържа чистотата и устойчивостта на корозия на материала, като се избягва замърсяване, което може да доведе до напукване или крехкост.
Ето най-честите клопки и процедурите за гарантиране на качествена заварка:
Често срещани клопки:
Порьозност: Никелът има висока разтворимост за газове в разтопено състояние, но докато се втвърдява, тази разтворимост пада рязко. Ако екранирането е недостатъчно, газовете (особено кислород, азот и водород) се улавят, образувайки порьозност.
Горещо напукване: Никеловите сплави са податливи на горещо напукване (напукване при втвърдяване), ако присъстват примеси като сяра, фосфор, олово или метали с ниска-точка на{1}}точка на топене.
Загуба на пластичност: Замърсяването от въглерод (напр. от грес или масло) може да доведе до утаяване на карбид в засегнатата от топлина -зона, намалявайки устойчивостта на корозия и пластичността.
Основни процедури за заваряване ("Правилата"):
Внимателно почистване (Правило №1): Заваръчната зона и добавъчният метал трябва да бъдат хирургически чисти. Отстранете всички мазнини, масло, боя, мръсотия и мастило за маркиране, като използвате разтворител без-халоген (като ацетон). Оксидните слоеве трябва да бъдат отстранени с механични средства (телена четка от неръждаема стоманапосветен само на никелаили шлайфане) непосредствено преди заваряване.
Строго разделяне на материалите: Използвайте инструменти (четки, мелници), които никога не са били използвани върху стомана. Частиците от желязо и стомана могат да замърсят повърхността на никела и да доведат до проблеми с корозията.
Подходящ защитен газ: Използвайте смеси от 100% аргон или аргон-хелий. Осигурете подходящ газов поток и използвайте газова леща, за да подобрите покритието. Влачещи се щитове може да са необходими за сложни геометрии или критични приложения за защита на охлаждащата заварка и засегнатата от топлина-зона от окисление.
Избор на добавъчен метал: Правилният пълнежен метал обикновено е ERNi-1. Този пълнител е специално проектиран за заваряване на никел 200 и 201 и съдържа деоксиданти (като титан и алуминий) за борба с порьозността.
Контрол на входящата топлина: Използвайте ниска входяща топлина. За предпочитане е техниката "стрингер мъниста" с минимално сплитане. Прекомерната топлина може да доведе до растеж на зърна, горещо напукване и по-широка зона,-засегната от топлина. Междупроходните температури трябва да се поддържат относително ниски (под 150 градуса F / 65 градуса).
Започване на дъгата: Използвайте високо-честотен старт или скреч старт при изтичащ-раздел. Не удряйте дъга върху повърхността на основния материал, тъй като това създава малко, замърсено петно, което може да бъде място за започване на пукнатини.
Като се отнасят към Ni 201 с уважението, което той изисква-особено по отношение на чистотата-производителите могат да произвеждат заварки, които са толкова здрави и -устойчиви на корозия, колкото основния метал.
Q4: Освен в химическата промишленост, в кои други високо-технологични или специализирани индустрии е незаменим никел 201 и защо неговият профил на свойства е уникално подходящ за тях?
О: Въпреки че индустрията с каустик е най-известното му приложение, уникалната комбинация от свойства на Никел 201-висока чистота, контролирано термично разширение, магнитни характеристики и устойчивост на корозия-го прави критичен в няколко други високо-технологични сектора.
Електроника и космонавтика:
Приложение: Компоненти в електронни устройства, като кутии за батерии за космически и сателитни приложения и части за ракетни двигатели и двигатели.
Защо Ni 201? Може лесно да се формира и дълбоко-изтегля в сложни форми. Неговият контролиран коефициент на топлинно разширение помага за управление на топлинните напрежения, когато се съединява с други материали като керамика или стъкло в електронни захранващи канали и херметически затворени компоненти. Неговата способност да поддържа пластичност при криогенни температури също е огромно предимство за аерокосмическите горивни системи.
Производство на-натриево стъкло (заместител на платина):
Приложение: Бъркалки, защитни тръби за термодвойки и оборудване за обработка на разтопено натриево-калциево стъкло.
Защо Ni 201? Разтопеното стъкло е силно корозивно за повечето метали. Никел 201 проявява отлична устойчивост на корозия от разтопено натриево-калциево стъкло, главно защото не образува лесно оксиди, които биха замърсили стъклото (за разлика от сплавите на основата на желязо-, които могат да причинят обезцветяване). Това е рентабилна-алтернатива на платината в много не-критични приложения за контакт със стъкло.
Производство на синтетични влакна (филери):
Приложение: Спиннерети и свързано оборудване, използвано за екструдиране на синтетични влакна като коприна.
Защо Ni 201? Вискозният процес за производство на коприна включва агресивни химикали. Ni 201 предлага необходимата устойчивост на корозия. Освен това неговата еднаква структура и не-реактивна повърхност позволяват производството на влакна с постоянен диаметър и повърхностно покритие, което е критично за качеството на текстила.
При тези приложения не става дума само за „не ръждясване“; става дума за чистота (избягване на замърсяване на продукта), формоспособност и предвидими физически свойства при екстремни условия.
Q5: Инженер е определил никел 201 за част, работеща при 350 градуса (660 градуса F). Какви са ключовите съображения за механични свойства, които трябва да вземат предвид при проектирането си, тъй като тези свойства се различават значително от стайната температура?
О: Проектирането за обслужване при повишена температура изисква промяна в мисленето от проектирането на температурата на околната среда. При 350 градуса свойствата на никел 201 са се променили значително и дизайн, базиран на данни за стайната-температура, може да доведе до преждевременна повреда.
Ето основните съображения за част, работеща на 350 градуса:
Намалено провлачване и якост на опън: Както повечето метали, никел 201 губи сила с повишаване на температурата. Допустимото проектно напрежение (напрежението, което компонентът може безопасно да понесе) трябва да бъде понижено. Инженерът трябва да се консултира с Кодекса на ASME за котли и съдове под налягане (или съответния местен стандарт) за максимално допустимите стойности на напрежение при 350 градуса. Тези стойности са значително по-ниски, отколкото при стайна температура.
Пълзене и напрежение-разкъсване: Това е може би най-важното съображение. При 350 градуса никел 201 е в температурен диапазон, при който може да претърпи пълзене-зависима от времето-пластична деформация при постоянно натоварване, дори ако напрежението е под границата на провлачане на материала.
Инженерът трябва да вземе предвид не само моментното напрежение, но и напрежението, което ще се натрупа през проектния живот на компонента. Например, болтова връзка може да загуби предварителното си натоварване с течение на времето поради релаксация при пълзене.
Проектът трябва да се основава на данни за напрежението-разрушаване, което ви казва нивото на напрежение, което ще причини повреда след определен брой часове при тази температура (напр. 100 000 часа якост на разкъсване).
Термично разширение: Никел 201 има сравнително висок коефициент на термично разширение. В система, работеща на 350 градуса, топлинното разширение и свиване по време на циклите на стартиране-и изключване-може да генерира значителни напрежения. Дизайнът трябва да поеме това движение чрез:
Правилно разположение на тръбопроводните системи с разширителни контури или силфони.
Внимателно проектиране на фланцови съединения и опори на оборудването, за да се позволи топлинен растеж без-прекомерно ограничаване на компонента.
Окисляване: Докато Ni 201 има добра устойчивост на окисляване, при 350 градуса във въздуха, той бавно ще образува оксидна скала. За тънки участъци или компоненти с тесни толеранси (като части на инструменти), това бавно мащабиране може да се наложи да се обмисли за много дълъг експлоатационен живот.
Накратко, проектирането с Ni 201 при 350 градуса е зависим от времето-дизайнерски проблем. Инженерът трябва да премине от прости изчисления на якостта към анализи, включващи скорост на пълзене, живот-на скъсване при напрежение и термична умора, за да осигури дългосрочна-и безопасна работа.
