Výber a aplikácia zliatinových trubíc na báze niklu
Tu zavedené zliatinové trubice založené na nikle (definované ako zliatiny obsahujúce viac ako 45% niklu) zahŕňajú rôzne typy zliatiny odolných voči korózii, ktoré sa bežne používajú v chemických rastlinách.
Chemické kompozície a počet týchto zliatin sú uvedené v tabuľke 1. Vedľa nich sú uvedené aj niektoré bežné obchodné názvy.
1 vlastnosti zliatin
Zliatiny niklu sú drahšie ako nehrdzavejúca oceľ. Ekonomické porovnania založené skôr na počiatočných nákladoch ako na náklady na životný cyklus však môžu byť zavádzajúce. Napríklad cena zliatiny Ni-C-MO je asi 5-násobok ceny 18Cr -8 Ni z nehrdzavejúcej ocele a 2-násobkom ceny austenitickej nehrdzavejúcej ocele. V dôsledku vynikajúcej odolnosti proti korózii zliatin niklu však môže byť zvýšenie počiatočných nákladov často kompenzované dlhodobými úsporami nákladov spôsobených predĺženou životnosťou zariadení, zníženými nákladmi na údržbu a menším prestojom.
Fyzikálne vlastnosti zliatin niklu sú veľmi podobné vlastnostiam z nehrdzavejúcej ocele 300 sérií. Miera tepelnej expanzie zliatin na báze niklu je zhruba rovná rýchlosti uhlíkovej ocele a výrazne nižšia ako v nehrdzavejúcej oceli s 300 sériami.
Hoci čistý nikel má vyššiu tepelnú vodivosť ako uhlíková oceľ, väčšina zliatin niklu má výrazne nižšiu tepelnú vodivosť, v niektorých prípadoch ešte nižšia ako austenitická nehrdzavejúca oceľ.
S výnimkou čistého niklu sú zliatiny niklu používané v priemysle chemického spracovania oveľa silnejšie ako z nehrdzavejúcej ocele série 300. Zliatiny niklu majú tiež veľmi dobrú ťažnosť a húževnatosť (mechanické vlastnosti teploty v miestnosti nájdete v tabuľke 2). Prípustné napätie pre väčšinu zliatin používaných v chemických zariadeniach sú uvedené v oddiele VIII kotla ASME a kódu tlakových nádob.
Zliatiny niklu sú plne austenitické mikroštruktúry. Takmer všetky zliatiny niklu používané v chemickom priemysle sú pevné roztoky posilnené. Ich zvýšená sila pochádza skôr z pridania efektívnych kaziacich prvkov, ako je molybdén a volfrám, a nie z tvorby karbidov. Rovnako ako austenitická z nehrdzavejúcej ocele, tuhé zliatiny niklu s tuhým roztokom sa nedajú posilniť tepelným úpravou, ale môžu byť posilnené iba prácou na prechladnutie.
Ďalšou veľkou triedou zliatin na báze niklu je možné posilniť tepelné ošetrenie zrážaním zrážok. Väčšina z týchto zliatin sa špecializuje na vysokopevnostné aplikácie, ako sú napríklad aplikácie používané pri výrobe ropy a plynu a vysokotlakových procesoch.
Zliatiny zrážok založené na nikle majú obmedzenú aplikáciu v chemických zariadeniach, s výnimkou ventilov a rotačných strojov. Táto trieda zliatin zahŕňa zliatiny odolné voči teplom používaným v plynových turbínach, spaľovačoch a leteckých aplikáciách.
2 Odolnosť proti korózii
Zliatiny niklu sú krokom z konvenčných nehrdzavejúcich ocelí a zliatin na báze železa v ich schopnosti odolávať korózii rôznymi kyselinami, základňami a slatmi. Jednou z vynikajúcich výhod zliatin niklu je ich vynikajúca odolnosť proti korózii vo vodných roztokoch obsahujúcich halogenidové ióny. V tomto ohľade sú zliatiny niklu oveľa lepšie ako austenitické nehrdzavejúce ocele, ktoré sú náchylné na koróziu roztokmi chloridu a fluoridov.
Toto vynikajúce správanie sa zliatiny niklu v oblasti korózie sa prejavuje nielen pri nižšej strate kovov, ale aj v lepšej odolnosti voči lokalizovanej korózii, najmä korózii jamiek\/štrbín, intergranulárnej korózie a praskania korózie napätia. V porovnaní s rovnomernou koróziou sú tieto formy lokalizovanej korózie hlavnými príčinami zlyhania korózie v chemickom priemysle.
Vynikajúca korózna rezistencia zliatin niklu je čiastočne spôsobená inherentne nižšou reaktivitou niklu (v porovnaní s železom), ako ukazuje jeho inertnejší oxidačný potenciál v sérii elektromotívnej sily (EMF). Rovnako ako z nehrdzavejúcej ocele, aj zliatiny niklu obsahujúce chróm majú schopnosť pasivat (tj spontánne tvoriť tenký, tvrdý povrchový oxid, ktorý pôsobí ako účinný inhibítor korózie).
Ďalšou výhodou niklu nad železom je to, že nikel môže ubytovať veľké proporcie legúnnych prvkov bez toho, aby vytvoril krehké fázy. Zliatinové prírastky, ktoré zlepšujú rezistenciu na koróziu, sú zvyčajne chróm, molybdén a meď. Úloha zliatinových prvkov je stručne opísaná nižšie.
Porovnanie odolnosti korózie zliatin niklu za bežných médií v chemických rastlinách je uvedené v tabuľke 3. Tieto všeobecné usmernenia nie sú určené na konkrétne účely a sú iba východiskovým bodom pre proces výberu materiálu.
Väčšina zliatin niklu je zváraná pomocou manuálneho zvárania oblúka (SMAW), zvárania oblúka volfrámu (GTAW) a zvárania oblúka plynu (GMAW). Zaváky zliatiny niklu sú veľmi ťažšie a ich nízka tepelná expanzná charakteristika znižuje zvyškové napätia a deformáciu ohybu. Iba stupne zrážok zrážok vyžadujú tepelné ošetrenie po zváraní.
Proces zvárania pre zliatiny niklu je veľmi podobný procesu pre austenitické nehrdzavejúce ocele. Keďže však roztavená skupina zvarov bohatých na nikel je viskóznejšia a má horšiu penetráciu, môže byť potrebné zlepšiť tvar kĺbu a technológiu zvárania, aby sa získal úplne preniknutý zvar. Zliatiny niklu sú menej tolerantné voči kontaminantom ako oceľové materiály, ktoré môžu spôsobiť krehkosť zvaru.
Vďaka vysokej ťažnosti, nízkej rýchlosti tepelnej expanzie a schopnosti umožniť riedenie rôznych kovových prvkov zváračských materiálov bohatých na nikel ich robia široko používané pri zváraní odlišných kovov. Zahŕňa to nielen zváranie zliatin na báze niklu so zliatinami na báze železa, ale aj zváranie nehrdzavejúcej ocele s uhlíkovou oceľou a zliatinovou oceľou. Podobne môžu byť zliatiny niklu privarené k povrchu uhlíkovej ocele bez rizika praskania.
