Auswahl und Anwendung von Nickel-basierten Leichtmetallrohren
Die hier eingeführten Legierungsrohre auf Nickelbasis (definiert als Legierungen, die mehr als 45% Nickel enthalten) enthalten verschiedene Arten von geschmückten korrosionsresistenten Legierungen, die üblicherweise in chemischen Pflanzen verwendet werden.
Die chemischen Zusammensetzungen und die Nummern dieser Legierungen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Für die Bequemlichkeit der Leser werden auch einige gemeinsame Handelsnamen daneben aufgeführt.
1 Eigenschaften von Legierungen
Nickellegierungen sind teurer als Edelstahl. Wirtschaftliche Vergleiche, die eher auf anfänglichen Kosten als auf Lebenszykluskosten basieren, können irreführend sein. Zum Beispiel beträgt der Preis für die Ni-CR-Mo-Legierung etwa das 5-fache der von 18Cr -8 Ni-Edelstahl und das 2-fache des Austenitischen Edelstahls. Aufgrund des überlegenen Korrosionsbeständigkeit von Nickellegierungen kann jedoch die Erhöhung der anfänglichen Kosten häufig durch die langfristigen Kosteneinsparungen ausgeglichen werden, die durch die Lebensdauer der verlängerten Ausrüstung, die Verringerung der Wartungskosten und die geringeren Ausfallzeiten erzielt werden, erzielt werden.
Die physikalischen Eigenschaften von Nickellegierungen sind denen des austenitischen Edelstahls der 300er Serie sehr ähnlich. Die thermische Expansionsrate von Legierungen auf Nickelbasis entspricht ungefähr der von Kohlenstoffstahl und signifikant niedriger als die von Edelstahl der 300er Serie.
Obwohl reines Nickel eine höhere thermische Leitfähigkeit als Kohlenstoffstahl aufweist, weisen die meisten Nickellegierungen eine signifikant geringere thermische Leitfähigkeit auf, in einigen Fällen sogar niedriger als die des austenitischen Edelstahls.
Mit Ausnahme von reinem Nickel sind Nickellegierungen, die in der chemischen Verarbeitungsindustrie verwendet werden, viel stärker als Edelstahl der Serie 300. Nickellegierungen haben auch eine sehr gute Duktilität und Zähigkeit (siehe Tabelle 2 für mechanische Eigenschaften der Raumtemperatur). Die zulässigen Spannungen für die meisten in chemischen Geräte verwendeten Legierungen sind in Abschnitt VIII des ASME -Kessels und des Druckbehälters angegeben.
Nickellegierungen sind vollständig austenitische Mikrostrukturen. Fast alle in der chemischen Industrie verwendeten Nickellegierungen sind fest gestärkt. Ihre erhöhte Stärke ergibt sich aus der Zugabe wirksamer Härtungselemente wie Molybdän und Wolfram und nicht durch die Bildung von Carbiden. Wie bei Austenitic Edelstahl kann feste Lösung von Nickellegierungen durch feste Lösung nicht durch Wärmebehandlung gestärkt werden, sondern kann nur durch Kältearbeiten gestärkt werden.
Eine weitere große Klasse von Legierungen auf Nickelbasis kann durch Ausfällungshärtungsbehandlung verstärkt werden. Die meisten dieser Legierungen sind auf hochfeste Anwendungen spezialisiert, wie beispielsweise diejenigen, die in der Tiefenöl- und Gasproduktion sowie in Hochdruckprozessen verwendet werden.
Abhärtete Legierungen auf Nickelbasis haben eine begrenzte Anwendung in chemischen Geräten, mit Ausnahme von Ventilen und rotierenden Maschinenteilen. Diese Klasse von Legierungen umfasst hitzebeständige Legierungen, die in Gasturbinen, Brennustoren und Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet werden.
2 Korrosionsbeständigkeit
Nickellegierungen sind einen Schritt aus herkömmlichen Edelstählen und legalen Austenit-Eisenbasis in ihrer Fähigkeit, Korrosion durch eine Vielzahl von Säuren, Basen und Salzen zu widerstehen. Einer der herausragenden Vorteile von Nickellegierungen ist ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Lösungen, die Halogenidionen enthalten. In dieser Hinsicht sind Nickellegierungen austenitischen rostfreien Stählen weit überlegen, die durch Chlorid- und Fluorid -Ion -Lösungen anfällig für Korrosion sind.
Dieses hervorragende Korrosionsbeständigkeitsverhalten von Nickellegierungen manifestiert sich nicht nur bei niedrigerem Metallverlust, sondern auch bei einer besseren Resistenz gegen lokalisierte Korrosion, insbesondere gegen Lochfraß-\/Spaltkorrosion, intergranuläre Korrosion und Stresskorrosionsrisse. Im Vergleich zur gleichmäßigen Korrosion sind diese Formen lokalisierter Korrosion die Hauptursachen für Korrosionsversagen in der chemischen Industrie.
Die hervorragende Korrosionsbeständigkeit von Nickellegierungen ist teilweise auf die inhärent niedrigere Reaktivität von Nickel (relativ zu Eisen) zurückzuführen, wie das stärker inerte Oxidationspotential in der Electromotive Force (EMF) -serie (EMF) zeigt. Wie mit Edelstahl, die Chrom -Legierungen, die Chrom enthalten, können passivieren (dh spontan bilden ein dünnes, hartes Oberflächenoxid, das als wirksamer Korrosionsinhibitor wirkt).
Ein weiterer Vorteil von Nickel gegenüber Eisen ist, dass Nickel große Proportionen von Legierungselementen aufnehmen kann, ohne spröde Phasen zu bilden. Legierungszusätze, die die Korrosionsresistenz verbessern, sind normalerweise Chrom, Molybdän und Kupfer. Die Rolle von Alloying -Elementen wird nachstehend kurz beschrieben.
Ein Vergleich der Korrosionsresistenz von Nickellegierungen unter gemeinsamen Medienbedingungen in chemischen Pflanzen ist in Tabelle 3 dargestellt. Diese allgemeinen Richtlinien sind nicht für bestimmte Zwecke bestimmt und sind nur ein Ausgangspunkt für den Materialauswahlverfahren.
Die meisten Nickellegierungen werden mit manuellem Lichtbogenschweißen (SMAW), Gawolfram -Lichtbogenschweißen (GTAW) und Gas Metall -Lichtbogenschweißen (GMAW) verschweißt. Nickellegierschweißnähte sind sehr duktil, und ihre Merkmale der niedrigen thermischen Expansion verringern die Restspannungen und die Biegeverformung. Nur Niederschlagshärtungsklassen erfordern die Wärmebehandlung nach dem Schweigen.
Das Schweißverfahren für Nickellegierungen ist dem für austenitische Edelstähle sehr ähnlich. Da der geschmolzene Pool von nickelreichen Schweißnähten jedoch viskoser ist und eine schlechtere Durchdringung aufweist, kann es erforderlich sein, die Gelenkform und die Schweißtechnologie zu verbessern, um eine vollständig durchdrungene Schweißnaht zu erhalten. Nickellegierungen sind weniger tolerant gegenüber Verunreinigungen als Stahlmaterialien, was zu Brödeln zu führen kann.
Die hohe Duktilität, eine niedrige thermische Expansionsrate und die Fähigkeit, verschiedene Metallelemente von nickelreichen Schweißmaterialien zu verdünnen, machen sie bei der Schweißen unterschiedlicher Metalle weit verbreitet. Dies schließt nicht nur das Schweißen von Legierungen auf Nickelbasis mit Legierungen auf Eisenbasis ein, sondern auch das Schweißen von Edelstahl mit Kohlenstoffstahl und Legierungsstahl. In ähnlicher Weise können Nickellegierungen ohne das Risiko eines Risses an die Oberfläche von Kohlenstoffstahl geschweißt werden.
