1. Otázka: Aký je základný kompozičný rozdiel medzi niklom 201 a niklom 200 a ako tento rozdiel umožňuje niklu 201 slúžiť aplikáciám, ktoré nie sú vhodné pre nikel 200?
A:Základný rozdiel medzi niklom 201 (UNS N02201) a niklom 200 (UNS N02200) spočíva v ich obsahu uhlíka-čo je zdanlivo malý rozdiel, ktorý má hlboké dôsledky pre vysokoteplotné-služby.
Nikel 200obsahuje maximálny obsah uhlíka 0,15 %. Aj keď je táto úroveň prijateľná pre aplikácie pri teplote okolia a mierne zvýšenej teplote, robí materiál náchylný nagrafitizáciapri dlhodobom vystavení teplotám nad 315 stupňov (600 stupňov F). Grafitizácia je mechanizmus metalurgickej degradácie, pri ktorom sa presýtený uhlík vyzráža ako grafitové uzliny pozdĺž hraníc zŕn. Výsledkom tejto transformácie je silné skrehnutie, ktoré sa vyznačuje dramatickým znížením ťažnosti a rázovej pevnosti bez akejkoľvek viditeľnej zmeny hrúbky steny alebo vzhľadu povrchu. Potrubný systém, ktorý sa javí ako neporušený, môže pri tepelnom šoku alebo mechanickom namáhaní katastrofálne zlyhať.
Nikel 201, naopak, vyznačuje sa prísne kontrolovaným nízkym obsahom uhlíkaMenšie alebo rovné 0,02 %. Toto zníženie obsahu uhlíka účinne eliminuje riziko grafitizácie, čo umožňuje bezpečné používanie niklu 201 pri zvýšených teplotách až do približne 315 stupňov (600 stupňov F) pre trvalú prevádzku, s možnosťou prerušovaného vystavenia až do 425 stupňov (800 stupňov F). Okrem uhlíka tieto dva druhy vykazujú takmer identickú odolnosť proti korózii, mechanické vlastnosti a spracovateľnosť pri teplote okolia.
Aplikačné dôsledky sú kritické. V odvetviach, ako je výroba chlór-zásad, kde lúhové odparovače a koncentrátory pracujú pri teplotách v rozsahu od 120 stupňov do 400 stupňov (250 stupňov F až 750 stupňov F), je nikel 201 povinný pre všetky komponenty vystavené trvalým teplotám nad 315 stupňov . Podobne pri výrobe syntetických vlákien, vysokoteplotných systémoch regenerácie žieravín a určitých špeciálnych chemických procesoch nie je výber niklu 201 pred niklom 200 otázkou optimalizácie nákladov, ale základnej materiálovej kompatibility a bezpečnosti. Konštrukcia kotla a tlakovej nádoby ASME (oddiel VIII) pre žieraviny nad 300 stupňov výslovne vyžaduje triedy niklu s nízkym obsahom uhlíka, ako je nikel 201, aby sa zabránilo grafitickej krehkosti.
2. Otázka: Čo robí nikel 201 preferovaným materiálom v prípade použitia vysokoteplotného lúhu sodného (NaOH) pred austenitickou nehrdzavejúcou oceľou a aké konkrétne mechanizmy zlyhania zmierňuje?
A:Nikel 201 je všeobecne uznávaný ako prvotriedny materiál na manipuláciu s koncentrovaným lúhom sodným pri zvýšených teplotách vďaka svojej jedinečnej kombinácii všeobecnej odolnosti proti korózii a odolnosti voči koróznemu praskaniu žieravinou (CSCC).
Austenitické nehrdzavejúce ocele, vrátane tried 304 a 316, sú veľmi náchylné nakaustické napätie korózie praskaniepri vystavení koncentráciám hydroxidu sodného nad 50 % pri teplotách nad 60 stupňov (140 stupňov F). Tento zákerný mechanizmus zlyhania sa prejavuje ako intergranulárne alebo transgranulárne praskanie pod kombinovaným vplyvom ťahového napätia a korozívneho žieravého prostredia. Poruchy sa často vyskytujú bez výrazného predchádzajúceho stenčovania stien, čo vedie ku katastrofálnym, neplánovaným únikom horúceho žieravého roztoku s vážnymi bezpečnostnými, environmentálnymi a prevádzkovými následkami.
Naproti tomu nikel 201 nevykazuje prakticky žiadnu citlivosť na CSCC v celom koncentračnom a teplotnom rozsahu použitia hydroxidu sodného. Pasívny film vytvorený na nikle v žieravinách je stabilný, samočinne sa hojac{2}}a odolný voči lokalizovanému rozpadu, ktorý predchádza koróznemu praskaniu pod napätím. Všeobecné rýchlosti korózie sú zvyčajne pod 0,025 mm/rok (1 mpy) dokonca aj v 50 % NaOH pri 150 stupňoch (302 stupňov F), čo umožňuje životnosť presahujúcu 25 rokov bez výraznej straty steny.
Okrem toho nikel 201 odolávažieravé skrehnutie-fenomén ovplyvňujúci uhlíkové ocele v podobných prostrediach-a zachováva si svoju ťažnosť a húževnatosť počas celej životnosti. Nízky obsah uhlíka v tomto materiáli (menej ako alebo rovný 0,02 %) tiež eliminuje riziko grafitizácie, ktorá by v tomto teplotnom rozsahu predstavovala problém pre vyššie-uhlíkové niklové triedy.
Z týchto dôvodov je bezšvíková rúra Nickel 201 štandardnou špecifikáciou pre:
Rúry na odparovanie lúhu a prepravné potrubia v závodoch na výrobu chlór-zásad
Vysokoteplotné{0}}systémy na regeneráciu žieravín pri rafinácii oxidu hlinitého (proces Bayer)
Výroba syntetických vlákien (výroba umelého hodvábu a nylonu)
Nádoby na výrobu mydla a detergentov
Farmaceutické spracovanie, pri ktorom systémy-inštalovaného{1}}kaustického čistenia (CIP) fungujú pri zvýšených teplotách
Zatiaľ čo počiatočné kapitálové výdavky na nikel 201 sú podstatne vyššie ako náklady na nehrdzavejúcu oceľ, náklady na životný cyklus sú odôvodnené odstránením prídavkov na koróziu, zabránením vzniku trhlín spôsobených koróziou pod napätím a dosiahnutím spoľahlivej{1}}dlhodobej služby v kritických vysokoteplotných{2}}kaustických aplikáciách.
3. Otázka: Aké sú kritické úvahy pri zváraní a výrobe bezšvíkových rúr Nikel 201, najmä pokiaľ ide o prípravu spoja, výber prídavného kovu a tepelné spracovanie po-zváraní?
A:Zvárací nikel 201 vyžaduje starostlivú pozornosť na čistotu a kontrolu procesu, pretože materiál je vysoko citlivý na skrehnutie stopovými prvkami, ako je síra, olovo a fosfor, ktoré sú neškodné pri výrobe uhlíkovej ocele a nehrdzavejúcej ocele.
Príprava a čistota kĺbov:Pred zváraním musia byť všetky povrchy do 50 mm (2 palce) od zvarového spoja dôkladne odmastené pomocou acetónu, izopropylalkoholu alebo podobného -nechlórovaného rozpúšťadla. Chlórované rozpúšťadlá sú prísne zakázané, pretože zvyškové chloridy môžu po servise spôsobiť korózne praskanie pod napätím. Brúsne nástroje používané na uhlíkovú oceľ musia byť určené na prácu s niklom, aby sa zabránilo krížovej{6}}kontaminácii; aj nepatrné častice železa môžu spôsobiť galvanickú koróziu alebo chyby zvaru. Drôtené kefy z nehrdzavejúcej ocele sú prijateľné na prípravu povrchu za predpokladu, že neboli použité na uhlíkové ocele.
Výber prídavného kovu:Štandardný prídavný kov na zváranie niklu 201 jeNikel 61 (UNS N9961)plnivo zodpovedajúcej kompozície, ktoré zachováva odolnosť proti korózii a mechanické vlastnosti základného kovu. Pre rozdielne zvary-ako napríklad nikel 201 k nehrdzavejúcej oceli alebo uhlíkovej oceli-ENiCrFe-2aleboENiCrFe-3Typicky sa používajú plnivá (typ Inconel 182-). Tieto plnivá zo železa s vysokým-niklom a chrómom-prispôsobujú rozdielnu tepelnú rozťažnosť medzi niklom a oceľou a zároveň poskytujú primeranú pevnosť a odolnosť proti korózii. Pri zváraní niklu 201 k sebe pre aplikácie s vysokou-čistotou je možné použiť autogénne zváranie (tavenie bez plniva) pomocou presného orbitálneho zvárania volfrámovým oblúkom s plynom (GTAW/TIG), aby sa zachovali vlastnosti materiálu s nízkym obsahom uhlíka.
Proces zvárania:Plynové wolfrámové oblúkové zváranie (GTAW/TIG) je preferované pre koreňové prechody, aby sa zabezpečila presná kontrola a minimálna kontaminácia. Prívod tepla musí byť starostlivo kontrolovaný; zatiaľ čo predhrievanie sa vo všeobecnosti nevyžaduje, medziprechodové teploty by sa mali udržiavať pod 150 stupňov (300 stupňov F), aby sa zabránilo praskaniu za tepla a rastu zŕn. Zvarový kúpeľ by mal byť chránený argónom alebo héliom vysokej{4}}čistoty a zadná strana koreňového priechodu musí byť prečistená inertným plynom, aby sa zabránilo oxidácii. Nikel 201 vykazuje pomalú, pastovitú charakteristiku zvarového kúpeľa, ktorá si vyžaduje školenie zváračov špecifické pre zliatiny niklu.
Po{0}}tepelnom spracovaní po zváraní (PWHT):Vo väčšine aplikácií sa PWHT pre nikel 201 nevyžaduje ani neodporúča. Materiál sa zvyčajne používa v žíhanom stave a tepelné spracovanie nezvyšuje jeho odolnosť proti korózii. Ak však bol potrubný systém počas výroby vystavený značnej práci za studena, môže sa vykonať žíhanie na uvoľnenie napätia pri 595–705 stupňoch (1100–1300 stupňov F), aby sa obnovila ťažnosť. Táto úprava je účinná len vtedy, ak je materiál bez kontaminácie sírou; inak môže dôjsť k silnému skrehnutiu. Pri prevádzke s vysokou-teplotou nad 315 stupňov sa zvyčajne vyhýbame úľave od stresu, aby sa predišlo akémukoľvek potenciálu senzibilizácie alebo rastu zŕn.
4. Otázka: Ako je nikel 201 v porovnaní s alternatívnymi materiálmi, ako sú nikel 200, zliatina 400 (Monel) a zliatina 600, v aplikáciách vyžadujúcich odolnosť voči vysokoteplotným žieravinám a redukčným kyselinám?
A:Nikel 201 zaberá špecifické miesto v spektre zliatin odolných voči korózii-, ponúka jedinečné výhody v žieravinách a redukujúcich kyslých prostrediach, pričom má obmedzenia, ktoré si vyžadujú starostlivý výber materiálu.
Nikel 201 vs. Nikel 200:Ako už bolo uvedené, hlavnou výhodou niklu 201 oproti niklu 200 je jeho schopnosť odolávať grafitizácii pri zvýšených teplotách nad 315 stupňov. V žieravine pri okolitej teplote sú tieto dva druhy funkčne ekvivalentné. Avšak pre akýkoľvek potrubný systém, kde trvalé prevádzkové teploty presahujú 300 stupňov, -ako sú koncentrátory lúhu, prehrievacie vedenia žieravín alebo vysokoteplotné chemické reaktory-, je povinný nikel 201. Prírastkové náklady na nikel 201 sú mierne v porovnaní s katastrofálnym rizikom grafitickej krehnutia pri niklu 200.
Nikel 201 vs. zliatina 400 (Monel 400, UNS N04400):Alloy 400 (nikel-meď) ponúka vynikajúcu odolnosť voči kyseline fluorovodíkovej a korózii v morskej vode v porovnaní s niklom 201. Avšak pri použití hydroxidu sodného je Alloy 400 vo všeobecnosti horšia ako čistý nikel. Obsah medi v zliatine 400 môže viesť k preferenčnej korózii a koróznemu praskaniu pod napätím v prostredí s koncentrovanými žieravinami, najmä pri zvýšených teplotách. Pre aplikácie zahŕňajúce žieraviny aj kyselinu fluorovodíkovú,-ako napríklad v určitých petrochemických alkylačných jednotkách-môže byť preferovaná zliatina 400, ale pre čisto žieraviny zostáva štandardom nikel 201.
Nikel 201 vs. zliatina 600 (Inconel 600, UNS N06600):Zliatina 600 (nikel-chróm) ponúka v porovnaní s niklom 201 vynikajúcu odolnosť proti oxidácii pri vysokých{2}}teplotách a pevnosť, vďaka čomu je vhodná na prevádzku až do 1000 stupňov . Avšak pre žieraviny je Alloy 600 vo všeobecnosti drahšia a neponúka významné výhody oproti Niklu 201. V skutočnosti môže byť obsah chrómu v Alloy 600 v určitých žieravých prostrediach škodlivý, čo vedie k lokalizovanej korózii. Nickel 201 je zvyčajne cenovo{11}}efektívnejšia a rovnako výkonná voľba pre aplikácie žieravín pri zvýšených{12}}teplotách.
Nikel 201 v redukčných kyselinách:Nikel 201 vykazuje vynikajúcu odolnosť voči redukujúcim kyselinám, ako sú zriedená kyselina sírová a chlorovodíková v podmienkach bez kyslíka. Avšak v oxidujúcich kyselinách (napr. kyselina dusičná) alebo v prítomnosti oxidačných látok (napr. železité alebo meďnaté ióny) môže nikel 201 trpieť zrýchlenou koróziou. V takýchto prostrediach môžu byť potrebné-zliatinové materiály, ako napríklad zliatina C-276 alebo titán.
Výber niklu 201 by mal byť založený na dôkladnom pochopení prevádzkového prostredia, s osobitnou pozornosťou na teplotu, koncentráciu žieravín, prítomnosť oxidačných látok a potenciál pre tepelné cykly.
5. Otázka: Aké sú z hľadiska obstarávania a zabezpečenia kvality kritické špecifikácie ASTM, požiadavky na testovanie a štandardy dokumentácie pre bezšvíkové rúry Nickel 201 v tlakovej-službe?
A:Obstaranie bezšvíkových rúr Nickel 201 pre tlakové-služby si vyžaduje dodržiavanie špecifických špecifikácií ASTM a doplnkových testovacích požiadaviek, ktoré zaisťujú integritu materiálu, sledovateľnosť a súlad s konštrukčnými predpismi.
Primárne špecifikácie ASTM:Riadiaca špecifikácia pre bezšvíkové rúry Nikel 201 jeASTM B161 / B161M(Štandardná špecifikácia pre niklové bezšvíkové rúry a rúrky). Táto špecifikácia zahŕňa chemické zloženie, mechanické vlastnosti, rozmery a tolerancie pre komerčne čisté niklové rúry. Pre aplikácie výmenníkov tepla a rúrok kotla,ASTM B163 / B163M(Platí štandardná špecifikácia pre bezšvíkové niklové a niklové zliatinové kondenzátory a teplo{0}}výmenníky).
Overenie chemického zloženia:Nízky obsah uhlíka (menej alebo rovný 0,02 %) je kritickým rozlišovacím znakom pre Nikel 201. Špecifikácie obstarávania musia výslovne vyžadovať overenie analýzy uhlíka, zvyčajne infračervenou detekciou spaľovania, s výsledkami zdokumentovanými v správe o skúške materiálu (MTR). Musia byť potvrdené ďalšie limity stopových prvkov-najmä síry (menej ako alebo rovné 0,01 %), železa (menej ako alebo rovné 0,40 %) a medi (menej ako alebo rovné 0,25 %)-.
Mechanické testovanie:Podľa ASTM B161 mechanické testovanie zahŕňa:
Skúška ťahom:Minimálna medza klzu 103 MPa (15 ksi) a minimálna pevnosť v ťahu 345 MPa (50 ksi) pre žíhaný stav
Test sploštenia:Pre veľkosti rúr na preukázanie ťažnosti
Hydrostatický test:Každá dĺžka potrubia musí vydržať hydrostatickú tlakovú skúšku bez úniku
Doplnkové požiadavky na kritickú službu:Pre aplikácie obsahujúce- žieraviny pri vysokej teplote alebo tlak{1}, kupujúci zvyčajne špecifikujú:
100% nedeštruktívne vyšetrenie (NDE):Ultrazvukové testovanie (UT) alebo testovanie vírivými prúdmi na detekciu laminácií, inklúzií alebo variácií hrúbky steny
Pozitívna identifikácia materiálu (PMI):100 % PMI všetkých dĺžok potrubia na potvrdenie obsahu niklu a overenie neprítomnosti zámeny materiálov-
Kontrola veľkosti zrna:Zrnitosť ASTM č{0}} alebo hrubšia môže byť špecifikovaná pre lepšiu odolnosť proti tečeniu pri zvýšených-teplotách
Testovanie tvrdosti:Maximálne limity tvrdosti na zabezpečenie spracovateľnosti
Štandardy dokumentácie:Úplná sledovateľnosť je povinná, zvyčajne sa vyžadujeEN 10204 Typ 3.1certifikácia (kontrolný certifikát od výrobcu) pre štandardné aplikácie, aTyp 3.2(kontrola nezávislou treťou stranou{0}}) pre kritické aplikácie, ako je napríklad dodržiavanie smernice o tlakových zariadeniach (PED), jadrové služby alebo ropné a plynové inštalácie. Certifikáty musia obsahovať:
Tepelné číslo a chémia taveniny
Výsledky mechanickej skúšky
Overenie hydrostatickej skúšky
Výsledky NDE (ak sú špecifikované)
Záznamy o rozmerovej kontrole
Povrchová úprava a balenie:Pre aplikácie s vysokou{0}}čistotou môžu byť rúrky Nickel 201 špecifikované s morenými a pasivovanými povrchmi, aby sa odstránili okoviny a zabezpečil sa čistý povrch odolný voči korózii-. Konce rúr sú zvyčajne skosené na zváranie, s koncovými uzávermi, aby sa zabránilo kontaminácii počas prepravy.
Správne obstarávanie a zabezpečenie kvality zaisťujú, že bezšvíkové rúry Nickel 201 spĺňajú náročné požiadavky na-vysokoteplotné žieraviny a redukujúce kyseliny a poskytujú dlhodobú-spoľahlivosť a odolnosť proti korózii, ktoré odôvodňujú jej výber pre kritické aplikácie.
