از هوافضا تا نیروگاه ها: چگونه آلیاژهای نیکل صنایع حیاتی را هدایت می کنند

آلیاژهای نیکل به شش دلیل مختلف در شش صنعت ظاهر می‌شوند و تفاوت تعیین می‌کند که خریدار چه درجه‌ای را باید مشخص کند. در موتور جت محدودیت خستگی و خزش در قسمت داغ است که در یک چرخه پرواز بررسی می شود. در یک نیروگاه، اکسیداسیون بخار و خزش در دمای 600 درجه سانتیگراد یا بالاتر است. در آب دریا سرعت، هندسه شکاف و رسوب زیستی است. در یک کارخانه شیمیایی، تعادل بین اسیدهای اکسید کننده و کاهنده است. در چاه ترش سرویس و سختی است. در فاب ویفر خلوص است.

این صفحه هر یک از این وظایف را به درجه ای که معمولاً انتخاب می شود، شکلی که در آن ارائه می شود، استاندارد حاکم بر آن و مکانیسمی که به عمر آن پایان می دهد، ترسیم می کند. نکته نقشه این است که یک عدد آلیاژ یکسان در بین شش مورد متفاوت رفتار می کند، و مشخصاتی که بدون مکانیسم متصل از یک صنعت به صنعت دیگر منتقل می شود، مشخصاتی است که به گونه ای شکست می خورد که هیچ کس برای آن برنامه ریزی نکرده است.

جدول یک جدول مسیریابی است و نه یک رتبه بندی. هر ردیف شرایط خدماتی را که مواد را تعیین می کند، خانواده درجه ای که معمولاً مشخص می شود، شکلی که به خود می گیرد، مشخصات حاکم و حالت خرابی که فاصله نگهداری را تعیین می کند، نام می برد.

هوافضا صنعتی است که در آن آلیاژ نیکل برای استحکام در دما و نه برای خوردگی انتخاب می شود. دو درجه که بیشتر حجم را حمل می کنند، رفتارهای متفاوتی دارند و اشتباه گرفتن آنها رایج ترین خطای مشخصات در این بخش است.

آلیاژ 718 توسط یک رسوب دو پرایم گاما تقویت می شود که به آن استحکام تسلیم بالا و مقاومت در برابر خستگی خوب در دما می دهد. این رسوب دارای حلالیت نزدیک به 650 درجه سانتیگراد است، بنابراین آلیاژ معمولاً به آن دما استفاده می شود و با درشت شدن فاز و از بین رفتن استحکام، مزیت خود را بالاتر از آن از دست می دهد. این آلیاژ همچنین در مقایسه با 625 در تشکیل یک مقیاس محافظ کند است، به همین دلیل است که از آن در جایی استفاده می شود که قدرت حاکم است و اکسیداسیون قابل کنترل است.

آلیاژ 625 توسط محلول جامد از طریق مولیبدن و نیوبیم و نه از طریق رسوب تقویت می شود، بنابراین مقاومت اکسیداسیون خود را تا دمای بسیار بالاتر با مقاومت منتشر شده در حدود 980 درجه سانتیگراد در هوا حفظ می کند. استحکام آن در 650 درجه سانتیگراد کمتر از 718 است، بنابراین برای سخت افزار اگزوز، کانال کشی و اجزای ورق که در آن اکسیداسیون و چرخه حرارتی غالب است، انتخاب می شود.

نتیجه خرید این است که این دو درجه قابل تعویض نیستند و تعویض در هر جهت قطعه ای را تولید می کند که یک بررسی ابعادی را پشت سر می گذارد و در یک آزمایش متفاوت شکست می خورد. قطعه 718 که با 625 جایگزین شده است در قسمت داغ استحکام خود را از دست می دهد. قطعه 625 که با 718 جایگزین شده است استحکام می یابد و مقاومت در برابر اکسیداسیون در اگزوز را از دست می دهد. هر دو جایگزین در یک گواهی معقول به نظر می رسند و هیچ کدام بدون نسخه مهندسی قابل قبول نیستند.

شکستی که فاصله نگهداری را در این بخش تعیین می کند خستگی چرخه پایین در غلظت تنش است، معمولاً یک فیله یا یک سوراخ خنک کننده، و خزش به مکانیسم دوم پس از افزایش دمای فلز تبدیل می شود. به همین دلیل است که خرید هوافضا بر روی جریان دانه، تمیزی و عملیات حرارتی که رسوب را تولید می کند مشخص شده است، و به همین دلیل است که گواهی نامه ای که فقط حاوی یک ترکیب باشد برای قطعه کافی نیست.

تولید برق صنعتی است که آلیاژ نیکل در آن وارد می شود زیرا فولاد دمای آن تمام شده است. ناوگان فوق بحرانی کنونی با بخار در حدود 600 درجه سانتیگراد کار می کند و در آن دما اجزای بخش ضخیم از فولادهای مارتنزیتی کروم 9 تا 12 درصد ساخته شده اند. این فولادها لوله اصلی بخار و هدر را حمل می کنند و آلیاژهای نیکل هنوز در آن دما به طور پیش فرض نیستند.

تغییر گام در 700 درجه سانتیگراد و بالاتر، در طرح های فوق بحرانی پیشرفته انجام می شود. دمای بخار در آن کلاس از 700 درجه سانتی‌گراد تا 760 درجه سانتی‌گراد است، و لوله‌های سوپرهیتر و گرم‌کننده به‌علاوه لوله اصلی بخار به سمت آلیاژهای مبتنی بر نیکل حرکت می‌کنند، با 740 و 740H که دقیقاً برای این وظیفه توسعه یافته‌اند. دلیل آن اکسیداسیون سمت بخار است: در آن دماها، فولاد فریتی یک مقیاس اکسیدی تشکیل می دهد که می ریزد، و اکسید پوسته شده توربین را در پایین دست فرسایش می دهد.

شکستی که طراحی را در این بخش تنظیم می کند، پارگی خزشی در دیواره لوله است که قبل از اکسیداسیون و لایه برداری از سمت بخار انجام می شود. خریدار که یک آلیاژ نیکل را برای دیگ بخار 600 درجه سانتیگراد مشخص می کند، احتمالاً کارخانه را بیش از حد مشخص کرده است، و خریداری که فولاد فریتی را در دمای 700 درجه سانتیگراد نگه می دارد، آن را کمتر مشخص کرده است. کلاس دما اولین خط مشخصات است و آلیاژ از آن پیروی می کند.

پیامد دوم این است که خرید نیروگاه یک خرید مرزی فشار است. این لوله الزامات کدی را برای فشار طراحی، تنش مجاز در دما، و قابلیت ردیابی به گرما دارد و این الزامات در کنار مشخصات آلیاژ قرار دارند و نه در داخل آن. کارخانه ای که بتواند گرید را تامین کند و نتواند مستنداتی را که کد درخواست می کند ارائه کند، تامین کننده این بخش نیست.

آب دریا رسانه ای است که اغلب انتخاب مواد بر اساس قیمت را شکست می دهد. یک بست ضد زنگ 316 در ناحیه پاشش حفره‌ای ایجاد می‌کند و حفره از زیر یک واشر یا رسوبی که سلول اکسیژن تشکیل می‌شود شروع می‌شود. آلیاژهای نیکل که در خدمت این بخش هستند برای یک هندسه خاص و یک سرعت خاص انتخاب می شوند و هندسه معمولاً عامل تعیین کننده است.

Monel 400، یک آلیاژ نیکل-مس، انتخاب سنتی برای سخت افزار آب دریا است: شفت پمپ، پروانه، تریم سوپاپ و بست. در برابر جریان آب دریا به خوبی مقاومت می کند و در برابر خوردگی تنش کلریدی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی ایجاد می کنند، متحمل نمی شود. نقطه ضعف آن آب دریا راکد یا کم سرعت است، جایی که حمله شکاف می تواند زیر یک واشر شروع شود و قدرت آن متوسط ​​است.

Monel K500 همان خانواده با آلومینیوم و تیتانیوم افزوده شده است که با افزایش سن به استحکام بیشتری رسیده است و در جاهایی استفاده می شود که وظیفه آب دریا نیز بار مکانیکی را حمل می کند، مانند شفت پمپ یا کاربرد پیچ ​​و مهره. معامله به این صورت است که استحکام بالاتر با سختی همراه است که در صورت مشاهده سولفید هیدروژن در همان قسمت، باید در برابر حد سرویس ترش بررسی شود.

C276 وارد این بخش می شود که در آن سطح کلرید افزایش می یابد و هندسه نمی تواند تخلیه شود، از جمله شرایط شکاف و وظیفه کلرید مخلوط. این یک جایگزین کلی برای Monel 400 در آب دریا نیست، زیرا هزینه بیشتری دارد و به این دلیل که آلیاژ نیکل-مس ماشینکاری و جوشکاری در شکل هایی که این بخش استفاده می کند آسان تر است. انتخاب بر اساس شکاف و غلظت کلرید انجام می شود، نه ترجیح به درجه گران تر.

صنعت شیمیایی جایی است که تنها یک کلمه آلیاژ را تعیین می کند و آن کلمه این است که آیا محیط در حال اکسید شدن یا کاهش است. C276 یک آلیاژ نیکل-مولیبدن-کروم با تنگستن است و برای اسیدهای مخلوط و احیا کننده که در فرآیندهای شیمیایی ظاهر می شوند، از جمله کلریدها و محیط های حاوی گوگرد طراحی شده است. این پاسخ استاندارد برای راکتورها، کشتی‌ها و لوله‌کشی در آن سرویس است.

آلیاژ دارای مرزی است که اغلب از قلم افتاده است. C276 برای مقاومت در برابر اسیدهای کاهنده به مولیبدن و برای فیلم غیرفعال به کروم متکی است و در محیط های به شدت اکسید کننده فیلم نمی تواند نگه دارد. اسید نیتریک و کلر مرطوب نمونه های کلاسیکی هستند که C276 انتخاب اشتباهی است و به جای آن آلیاژ کروم بالاتر مانند C22 یا 625 مشخص شده است. خریدار که مشخصات C276 را از خط اسید کلریدریک به خط اسید نیتریک حمل می کند، درجه را حمل کرده و شیمی را پشت سر گذاشته است.

حالت شکست در این بخش به ندرت خوردگی یکنواخت است. این حمله موضعی در یک جوش، در طول راکد لوله یا زیر یک رسوب است و ترک خوردگی ناشی از تنش است که در آن کلریدها متمرکز شده و فلز یک تنش کششی ایجاد می کند. به همین دلیل است که مشخصات یک کارخانه شیمیایی شامل روش جوش و شرایط پس از جوش در کنار آلیاژ است و چرا گواهی آسیاب به تنهایی این سوال را نمی بندد.

نفت و گاز یک مکانیسم خرابی را اضافه می کند که سایر بخش ها به همان شیوه حمل نمی کنند: ترک ناشی از استرس سولفید. سولفید هیدروژن در حضور آب و تنش کششی می تواند فولاد سخت یا آلیاژ نیکل سخت را ترک کند و صنعت آن را از طریق استاندارد و نه از طریق نام درجه کنترل می کند. NACE MR0175 و ISO 15156 سختی مجاز و محدودیت های محیطی را برای موادی که ممکن است در سرویس ترش استفاده شوند تعیین می کنند.

C276 و 625 هر دو در اجزای ترش خیس شده، از جمله دریچه ها، لوله ها، و آهنگری استفاده می شوند و هر دو مشمول محدودیت سختی هستند که استاندارد برای کاربرد تعیین می کند. نتیجه عملی برای خرید این است که مشخصات باید نیاز خدمات ترش را ذکر کند، زیرا درجه ای که ترکیب را برآورده می کند و از حد سختی فراتر می رود، در آن چاه قابل قبول نیست، حتی اگر آلیاژ مناسبی باشد.

مکانیسم دوم در این بخش، حفره شدن در زیر یک رسوب است و در همان اجزایی که تست خوردگی عمومی را پشت سر می گذارند، ظاهر می شود. مشخصاتی که از آن جلوگیری می کند، سطح کلرید، دما و وجود اکسیژن را نام می برد، زیرا یک ورودی کوچک اکسیژن حالت خوردگی را تغییر می دهد و آلیاژ انتخابی را تغییر می دهد. نقل قولی که این سه سوال را نمی پرسد، یک قطعه سرویس ترش قیمت گذاری نکرده است.

صنعت نیمه هادی از همان آلیاژهای نیکل به دلایل کاملاً متفاوتی استفاده می کند. یک جزء محفظه برای استحکام در دما انتخاب نمی شود و برای آب دریا انتخاب نمی شود. به این دلیل انتخاب می شود که در برابر گاز فرآیند مقاومت می کند و فلزات را در فرآیند آزاد نمی کند. 625 و C276 در بدنه‌های محفظه، آسترها، سخت‌افزار توزیع گاز و قطعات فرآیند مرطوب ظاهر می‌شوند و نیکل با خلوص بالا در مسیر خیس‌شده ظاهر می‌شود که در آن رسانایی و مقاومت در برابر خوردگی با هم مورد نیاز است.

نیاز حاکم، شیمی سطح و رهاسازی ذرات است. بخشی که با مشخصات آلیاژی مطابقت دارد و دارای یک سطح آلوده است در شمارش ذرات از کار می‌افتد، و بخشی با محتوای گنجاندن اشتباه در تجزیه و تحلیل فلزات ردیابی شکست می‌خورد. بنابراین، خرید روش ذوب، پرداخت سطح، تمیز کردن و بسته‌بندی را مشخص می‌کند و آن‌ها را به عنوان بخشی از محصول و نه دستورالعمل‌های جابجایی در نظر می‌گیرد.

این بخشی است که در آن شکاف بین گواهی کارخانه و قطعه واجد شرایط بیشتر است. یک گواهی می تواند ترکیب گرما را تأیید کند و نمی تواند تأیید کند که قطعه ذرات نمی ریزد، بنابراین صلاحیت بر روی جزء تمام شده اجرا می شود و مشخصات مواد فقط شرط ورود است.

جدول مکانیسم تقویت را برای هر درجه بیان می کند، زیرا مکانیسم سقف را بهتر از یک دما توضیح می دهد. خریداری که می‌داند چرا یک درجه متوقف می‌شود، می‌تواند بدون انتظار قیمت، بگوید که آیا یک برنامه در محدوده منتشر شده است یا خارج از آن.

ستون چهارم را به عنوان سقف واقعی بخوانید. یک درجه در یک دما متوقف نمی شود و نقطه توقف بر اساس مکانیسم متفاوت است: رسوبی که درشت می شود، لایه غیرفعالی که نمی تواند تشکیل شود، شکافی که نمی تواند تخلیه شود، یا سختی بیش از حد استاندارد. هر یک از آنها یک سوال متفاوت است و هر کدام در یک مشخصات پاسخ متفاوتی دارند.

خوردگی با حالت آن توصیف می شود و نه با سرعت آن، زیرا حالت آلیاژ را تعیین می کند. جدول حالت را به درجه ای که به طور معمول انتخاب می شود و شرایطی که آن را شکست می دهد ترسیم می کند.

شش پارامتر زیر آنهایی هستند که نمره یا آزمون قبولی بین صنایع را تغییر می دهند. آنها یک چک لیست پرس و جوی عمومی نیستند و هر کدام وجود دارند زیرا کنار گذاشتن آن مواد متفاوت یا نتیجه آزمایش متفاوتی را تولید می کند.

DLX آلیاژهای نیکل نام‌گذاری شده در بالا را از چانگژو، جیانگ سو، به شکل سیم، میله، نوار، ورق و لوله، در شرایطی که شش صنعت درخواست می‌کنند، تامین می‌کند: 718 برای هوافضا و سخت‌افزار با استحکام بالا، 625 برای اکسیداسیون و وظیفه کلرید، C2405 برای خدمات Mar00، و C270 برای محصولات شیمیایی سخت افزار و درجه های مقاومت برای سمت گرمایش همان نیروگاه ها.

عرضه بر اساس مشخصات ASTM قابل اجرا برای هر گرید، با گواهی EN 10204 3.1 در صورت درخواست ارائه می‌شود، و گواهی نام کارخانه‌ای را که آن را صادر کرده است، می‌دهد تا بتوان حرارت را به مذاب بازگرداند. محدوده اندازه از سیم 0.025 میلی متر تا نوار 50 میلی متر بسته به درجه و فرم اجرا می شود، و اندازه غیر استاندارد یا شرایط نامگذاری شده یک تصمیم طراحی و بسته بندی است و نه یک انتخاب کاتالوگ.

این سؤال را نمی توان در میان دو خانواده پاسخ داد، زیرا آنها برای وظایف مختلف تقویت شده اند. 718 در اثر بارش سخت شده است و استحکام تسلیم بالایی را تا حدود 650 درجه سانتیگراد دارد که آن را به انتخاب قوی تری در بخش سازه ای گرم تبدیل می کند. C276 یک آلیاژ محلول جامد است که برای خوردگی در اسیدهای مخلوط بهینه شده است و استحکام آن دلیل خرید آن نیست. مقایسه تنها زمانی به معنای چیزی است که مکانیسمی که قطعه را محدود می کند نامگذاری شود.

زیرا فولادهای مارتنزیتی کروم 9 تا 12 درصد اجزای مقطع ضخیم را در آن دما حمل می کنند و ناوگان فوق بحرانی کنونی در اطراف آنها ساخته شده است. آلیاژهای نیکل در دمای 700 درجه سانتیگراد و بالاتر به حالت پیش فرض تبدیل می شوند، جایی که اکسیداسیون طرف بخار و خزش فولادهای فریتی را از محدوده خارج می کند و طرح های فوق بحرانی پیشرفته به آلیاژهایی مانند 740 و 740H منتقل می شوند. کلاس دما تصمیم می گیرد، و آلیاژ به دنبال آن است.

نه بر اساس مشابه برای مشابه. فولادهای زنگ نزن آستنیتی مستعد ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید و حمله شکافی در آب دریا هستند و 316 بست در یک منطقه پاشش یک شکست شناخته شده است. Monel 400 یک آلیاژ نیکل مس است که برای جریان آب دریا و سخت افزار دریایی انتخاب می شود و حد خود شکاف راکد است و نه خود آب دریا. جایگزینی حالت خرابی را تغییر می دهد و آن را حذف نمی کند.

زیرا مقاومت در برابر خوردگی آن به یک فیلم غیرفعال غنی از کروم بستگی دارد که نمی تواند در یک محیط به شدت اکسید کننده بماند. C276 برای کاهش مقاومت در برابر اسید در اطراف مولیبدن ساخته شده است، و همین ترکیب زمانی که شیمی اکسیده می شود یک ضعف است. اسید نیتریک و کلر مرطوب نمونه های استانداردی هستند که در آن آلیاژهای کروم بالاتر مانند C22 یا 625 به جای آن مشخص شده است.

مکانیسم تقویت و در نتیجه سقف. 718 توسط یک رسوب پرایم دوتایی گاما سخت می شود که استحکام بالاتر و مقاومت خوبی در برابر خستگی تا حدود 650 درجه سانتیگراد می دهد و در بالای آن درشت می شود. 625 در محلول جامد تقویت می شود و مقاومت اکسیداسیون را تا حدود 980 درجه سانتیگراد در هوا و با استحکام کمتر در 650 درجه سانتیگراد حفظ می کند. یکی برای استحکام در دما و دیگری برای اکسیداسیون و خوردگی انتخاب می شود.

مکانیزمی که انتظار می رود قطعه را به پایان برساند. یک بخش ساختاری گرم توسط خستگی و خزش، یک لوله دیگ بخار توسط اکسیداسیون بخار و خزش، یک اتصال دهنده آب دریا با حمله شکاف، یک مخزن شیمیایی توسط ویژگی اکسید کننده یا کاهش دهنده محیط، یک جزء چاه توسط ترک خوردگی تنش سولفید، و یک بخش محفظه با انتشار ذرات محدود می شود. پس از نامگذاری آن مکانیسم، خانواده نمره و آزمون پذیرش دنبال می‌شوند و می‌توان از یک تامین‌کننده سوالی پرسید که پاسخی دارد.

این عنوان از هوافضا تا نیروگاه ها را شامل می شود و نسخه مفید آن سفر، تغییر مکانیسم است و نه تغییر لوگو. هوافضا به دلیل خستگی و خزش محدود شده است. تولید برق توسط اکسیداسیون بخار و خزش در دمای 600 درجه سانتیگراد و بالاتر محدود می شود. دریایی توسط شکاف و سرعت محدود می شود. وظیفه شیمیایی توسط ویژگی اکسید کننده یا کاهنده محیط محدود می شود. نفت و گاز توسط ترک خوردگی تنش سولفیدی محدود می شود و وظیفه نیمه هادی با خلوص محدود می شود.

پنج درجه بیشتر آن نقشه را پوشش می‌دهند و هر کدام به دلیل متفاوتی متوقف می‌شوند: یک رسوب که درشت می‌شود، یک لایه غیرفعال که نمی‌تواند تشکیل شود، شکافی که نمی‌توان تخلیه کرد، یا سختی بیش از حد استاندارد. مشخصاتی که درجه را نامگذاری می کند و مکانیزم را حذف می کند، یک ماده را نامگذاری کرده است نه یک قطعه. مشخصاتی که نام هر دو را می توان نقل کرد، آزمایش کرد و پذیرفت.

1. ASTM B637، مشخصات استاندارد برای میله‌های آلیاژ نیکل سخت‌کاری بارشی و سرد کار شده، آهنگری‌ها و ذخایر آهنگری برای خدمات در دمای بالا. منبع مسیر مشخصات برای 718 بار و سهام آهنگری.
2. ASTM B443، مشخصات استاندارد برای صفحه، ورق و نوار آلیاژ نیکل-کروم-مولیبدن-کلمبیوم. منبع مسیر مشخصات برای ورق و نوار 625.
3. ASTM B575، مشخصات استاندارد برای صفحه، ورق و نوار آلیاژ نیکل-مولیبدن-کروم کم کربن. منبع مسیر مشخصات برای محصول تخت C276 و C22.
4. ASTM B127 و ASTM B164، مشخصات استاندارد برای ورق، ورق، نوار، میله و میله آلیاژ نیکل-مس. منبع مسیر مشخصات برای Monel 400 و K500.
5. NACE MR0175 و ISO 15156، صنایع نفت و گاز طبیعی، مواد برای استفاده در محیط های حاوی سولفید هیدروژن. منبع برای حد سختی سرویس ترش و برای نیاز به ذکر محیط در مشخصات خرید.
6. اطلاعات آلیاژهای 718، 625، C276، Monel 400، و K500 منتشر شده است، از جمله حلال گاما دو پرایم 718 نزدیک به 650 درجه سانتیگراد، مقاومت اکسیداسیون 625 تا حدود 980 درجه سانتیگراد در هوا، اساس ترکیب C276، و مسیر سخت شدن با سن K500. منبع مکانیسم های تقویت و سقف ها در جدول درجه.
7. راهنمای مواد تولید برق منتشر شده برای بویلرهای فوق بحرانی فوق بحرانی و پیشرفته، فولادهای مارتنزیتی کروم 9 تا 12 درصدی مورد استفاده در دمای بخار در حدود 600 درجه سانتیگراد، محدوده 700 درجه سانتیگراد تا 760 درجه سانتیگراد مورد هدف طراحی های پیشرفته، و توسعه آلیاژهای فوق بحرانی 9 تا 12 درصد لوله و لوله بخار اصلی. منبع جدول کلاس استیم.
8. اطلاعات محصول توسط آلیاژ DLX برای طیف آلیاژ نیکل منتشر شده است. منبع برای فرم ها، محدوده اندازه، استانداردهای ارائه شده، و ترتیب گواهی شرح داده شده در بخش پایانی.

دماها و مکانیسم‌های بالا مقادیر منتشر شده و الزامات استاندارد برای درجه‌ها و وظایف نام‌گذاری شده هستند و محدوده معمول را توصیف می‌کنند و نه محدودیت پذیرش برای یک جزء خاص. دمای فلز در سرویس به انتقال حرارت، پوشش، خنک‌کننده و چرخه کار بستگی دارد و باید برای قطعه تعیین شود و از دمای سیال گرفته نشود. رفتار خوردگی به غلظت، دما، هوادهی، جریان و هندسه بستگی دارد و درجه ای که در یک کارخانه عمل می کند می تواند در کارخانه دیگر با همان شیمی اسمی شکست بخورد. کدها و استانداردهای نام‌گذاری شده بر طراحی و پذیرش حاکم است و ارزش‌های یک لات تحویلی آن چیزی است که در گواهی بازرسی آن ثبت شده است. هیچ چیز در این صفحه جایگزین نسخه مهندسی یا آزمایش صلاحیت توافق شده بین خریدار و تامین کننده نیست.