1. Kokie yra pagrindiniai metalurginiai ir savybių skirtumai tarp „Inconel 625“, „Inconel 718“ ir komerciškai gryno N6 nikelio plokštės ir kaip tai lemia atitinkamą jų pritaikymą?
Šios trys medžiagos yra skirtingos nikelio lydinių šeimos kategorijos, kurių kiekviena sukurta tam tikram našumui.
Inconel 625 (UNS N06625): tai kietu -tirpalu sustiprintas nikelio-chromo-molibdeno lydinys, kuriame yra daug niobio. Pagrindinis jo stiprumas atsiranda dėl molibdeno ir niobio atomų kietėjimo nikelio-diagramų tinklelyje, kurį dar labiau sustiprina antrinis karbidas ir gama dvigubi-pagrindiniai krituliai eksploatacijos metu. Labiausiai žinomas jo bruožas yra išskirtinis, plataus spektro atsparumas korozijai, įskaitant puikų atsparumą įdubimams, plyšinei korozijai ir įtempių{10}}korozijos įtrūkimams chloridinėje aplinkoje. Jis taip pat pasižymi puikiu atsparumu oksidacijai iki maždaug 1800 laipsnių F (980 laipsnių). Tipiškas pritaikymas: cheminio apdorojimo indų pamušalai, jūriniai komponentai, jūros vandens šilumokaičiai, išmetamųjų dujų desulfuravimo sistemos ir aviacijos ir kosmoso kanalai, kur pagrindinis rūpestis yra korozija.
Inconel 718 (UNS Nr. 07718): tai nusodinant -kietinamas nikelio-chromo lydinys, kuriame yra daug niobio, molibdeno, titano ir aliuminio. Jo nepaprastas stiprumas gaunamas iš dviejų -pakopų terminio apdorojimo (senėjimo), kurio metu nusodinama vientisa kūno -centruota tetragoninė fazė (gama dvigubas-pirminis, Ni3Nb). Tai suteikia jam didžiausią stiprumą iš trijų, ypač esant maždaug 1300 laipsnių F (700 laipsnių) temperatūrai. Nors jis turi gerą bendrą atsparumą korozijai, pagrindinis jo pasirinkimo veiksnys yra didelis tempimas ir atsparumas šliaužimui. Tipiškas panaudojimas: Dujų turbinų variklių diskai, mentės, velenai ir tvirtinimo detalės; aukšto{15}}slėgio šulinio galvutės komponentai; raketų variklių korpusai; ir bet koks didelio{16}}įtempimo struktūrinis pritaikymas aukštesnėje temperatūroje.
N6 Nikelis (UNS N02200/201, ~99,0 % Ni min): tai komerciškai grynas, apdorotas nikelis. Jo savybės yra didelis lankstumas, puikus šilumos ir elektros laidumas bei puikios magnetinės savybės. Jo išskirtinis bruožas yra išskirtinis atsparumas korozijai, kurį sukelia šarminiai šarmai ir redukuojančios cheminės medžiagos. Tačiau jis turi santykinai mažą mechaninį stiprumą, palyginti su Inconel lydiniais, ir silpną atsparumą oksiduojančioms rūgštims. Pagrindinis skirtumas tarp nikelio 200 (N02200) ir nikelio 201 (N02201) yra anglies kiekis; 201 itin-mažas anglies dioksido kiekis leidžia eksploatuoti aukštesnėje nei 600 laipsnių F (315 laipsnių) temperatūroje be grafitizacijos trapumo. Tipiškas pritaikymas: kaustinės sodos gamybos įranga, maisto perdirbimo mašinos, elektroniniai komponentai ir cheminio apdorojimo indai, skirti tam tikroms redukuojančioms aplinkoms.
Apibendrinant: rinkitės N6, jei norite gryno cheminio atsparumo (ypač šarminėms medžiagoms). Pasirinkite „Inconel 625“, kad gautumėte geriausią universalų atsparumą korozijai sudėtingoje aplinkoje, kur didelis stiprumas yra antraeilis dalykas. Pasirinkite „Inconel 718“, kai didžiausias-temperatūrų stiprumas ir atsparumas šliaužimui yra absoliučiai pirmenybė.
2. Kodėl, kalbant apie plokščių ir lakštų gamybą, Inconel 718 yra daug sudėtingesnis suvirinimas nei Inconel 625 ir kokios konkrečios procedūros yra privalomos?
Suvirinimo iššūkis naudojant Inconel 718 tiesiogiai kyla dėl jo kietėjančios metalurgijos{1}. Stiprinanti gama dviguba-pirminė fazė yra labai jautri šiluminiams ciklams, todėl suvirinimo ir karščio{4}}paveikta zona (HAZ) yra linkusi į defektus, jei ji nėra kruopščiai kontroliuojama.
Pagrindiniai iššūkiai:
Post-Suvirinimo deformacijos senėjimo krekingas (SAC): tai pati svarbiausia problema. Aušinant po suvirinimo susidaro liekamieji tempimo įtempiai. HAZ, įkaitintas iki senėjimo temperatūros diapazono (800{5}}1200 laipsnių F / 427-649 laipsnių), gali greitai sukietėti. Šis padidėjęs stiprumas kartu su likutiniu įtempimu gali sukelti tarpkristalinį įtrūkimą HAZ-reiškinyje, vadinamame deformacijos senėjimo įtrūkimu.
Suskystinimo įtrūkimai: žemos -lydymosi- temperatūros elementų (pvz., boro) atsiskyrimas prie grūdelių ribų gali sukelti mikroįtrūkimus dalinai išsilydžiusioje zonoje šalia suvirinimo siūlės.
Savybių praradimas: nekontroliuojamas šilumos įvedimas gali sukelti pernelyg didelį -senėjimą arba stiprinančių nuosėdų tirpimą HAZ, taip sukuriant lokalizuotą silpną zoną.
Privalomos suvirinimo procedūros (geriausia praktika):
Proceso pasirinkimas: dėl tikslaus šilumos valdymo pirmenybė teikiama lankiniam suvirinimui dujomis (GTAW/TIG). Dujinis lankinis suvirinimas (GMAW/MIG) gali būti naudojamas naudojant impulsinį purškimo perdavimą.
Užpildas metalas: naudokite atitinkamą užpildo metalą (ERNiFeCr-2) arba įtrūkimams-atsparų kombinezoninį užpildą (pvz., ERNiCrMo-3 / Inconel 625 užpildą). 625 užpildas dažnai pasirenkamas dėl aukščiausio suvirinimo metalo plastiškumo ir atsparumo įtrūkimams po suvirinimo labai suvaržytose jungtyse.
Mažas šilumos įvadas: naudokite mažiausią būtiną srovės stiprumą amperais, važiuodami dideliu greičiu.
Jungties konstrukcija: naudokite plačius griovelių kampus, kad sumažintumėte suvaržymą ir sudarytumėte galimybę išdėstyti karoliukus taip, kad sumažintumėte įtempių koncentraciją.
Temperatūra tarp praėjimo: palaikykite griežtą kontrolę, paprastai žemiau 200 laipsnių F (93 laipsnių).
Po-suvirinimo terminis apdorojimas (PWHT): beveik visada reikalingas viso tirpalo atkaitinimo ir senėjimo apdorojimas (SA + amžius), kad svarbiausi komponentai atkurtų vienodas mechanines savybes ir sumažintų įtempius. Tiesioginis senėjimas (DA) po suvirinimo galimas kai kuriais mažiau svarbiais atvejais, tačiau tam reikia kvalifikuotos procedūros.
Priešingai, Inconel 625, sustiprintas tvirtu tirpalu, laikomas geriausiai suvirinamu iš didelio našumo nikelio lydinių. Jis yra labai atsparus po-suvirinimo siūlės įtrūkimams, o suvirinimo metalas išlaiko puikias korozijos savybes. Pagrindinis suvirinimo 625 tikslas yra išlaikyti mažą šilumos tiekimą, kad būtų išsaugotas atsparumas korozijai ir išvengta antrinės fazės kritulių.
3. Kuri medžiaga-Inconel 625 ar 718 yra tinkamas pasirinkimas jūros vandeniu-aušinamam plokšteliniam šilumokaičiui, kuris tvarko ir chloruotą vandenį, ir rūgščią (H₂S-turinčią) proceso srovę?
Inconel 625 yra vienareikšmiškai teisingas ir standartinis šios paslaugos pasirinkimas. Pasirinkimą lemia korozijos aplinka, o ne mechaninis stiprumas.
Chloruotas jūros vanduo: ši aplinka yra rimtas duobių ir plyšių korozijos išbandymas. Inconel 625, kuriame yra ~9% molibdeno ir ~3,5% niobio, atsparumo įdubimams ekvivalentinis skaičius (PREN) yra gerokai didesnis nei 40, todėl jis yra labai atsparus vietiniam atakai. Jis taip pat praktiškai atsparus chlorido -sukeltam korozijos įtrūkimui (SCC).
Sour Service (H₂S): Abu lydiniai yra įtraukti į NACE MR0175/ISO 15156 standartą dėl atsparumo sulfido įtempiams įtrūkimams (SSC). Tačiau „Inconel 625“ puikus bendras atsparumas korozijai suteikia daug didesnę saugumo ribą nuo bendro retinimo ir duobių susidarymo, o tai gali veikti kaip SSC pradžios vieta esant tempimo įtempiams. Jo suvirinimo siūlės, pagamintos naudojant atitinkamą užpildą, taip pat išlaiko puikų atsparumą.
Kodėl ne „Inconel 718“? Nors 718 turi pakankamą SCC/SSC atsparumą, jame molibdeno kiekis (~ 3%) yra žymiai mažesnis, todėl PREN yra mažesnis ir jis yra jautresnis duobių ir plyšių korozijai sustingusiomis, chloruotomis sąlygomis. Be to, dideli liekamieji įtempiai, atsirandantys suvirinant 718 (net ir po PWHT), padidina įtrūkimų dėl aplinkos poveikio tokioje agresyvioje kombinuotoje aplinkoje riziką. Didžiulis 718 tempiamasis stipris tiesiog nereikalingas-ir jis gali būti žalingas korozijos-pradžios požiūriu-, kai naudojamas statinis arba pusiau statinis šilumokaičio plokštė.
Mechaniniai šilumokaičio plokščių reikalavimai yra susiję su slėgio sulaikymu ir standumu, o ne su ypač dideliu atsparumu tempimui. Inconel 625 plokštė užtikrina daugiau nei pakankamą stiprumą (tipinė takumo riba ~ 60 ksi atkaitintoje būsenoje), tuo pačiu siūlo daug tvirtesnę apsaugą nuo specifinių korozijos mechanizmų.
4. Kaip komerciškai grynos N6 nikelio plokštės šiluminis plėtimasis įtakoja jos naudojimą plakiruotose arba bi-metalinėse srityse, ypač kai ji yra sujungta su plienu?
Šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE) yra esminis dengtų plokščių ir bimetalinių konstrukcijų projektavimo veiksnys. Komerciniu požiūriu gryno nikelio (N6) CTE yra žymiai mažesnis nei anglinio plieno plačiame temperatūrų diapazone.
Nikelis (N02200): ~13,3 µm/m· laipsnis (70–212 laipsnių F)
Anglies plienas (A516 Gr{1}}): ~14,5 µm/m· laipsnis (70–212 laipsnių F)
Šis CTE neatitikimas turi didelių pasekmių:
Gamybos metu (apdengimas / suvirinimas): Skirtingas susitraukimas aušinant nuo suvirinimo arba sprogimo{0}}apvalkalo temperatūros sukuria didelius liekamuosius įtempius jungties sąsajoje. Nikelio sluoksnis paliekamas liekamajame įtempime, o plieninis pagrindas yra suspaustas. Tai turi būti kruopščiai tvarkoma, kad būtų išvengta delaminacijos ar iškraipymų.
Eksploatacijos metu: eksploatacinių šildymo ir aušinimo ciklų metu plienas bandys išsiplėsti ir susitraukti labiau nei nikelio danga. Šis ciklinis diferencinis judėjimas gali sukelti:
Sąsajos nuovargis: gali sukelti įtrūkimų atsiradimą ir laipsnišką jungties gedimą esant dideliam šiluminiam ciklui.
Visos plokštės iškreipimas / nusilenkimas, jei plakiruota tik iš vienos pusės.
Suvirinimo siūlių įtempimas sankryžose su kitais komponentais.
Švelninimo strategijos:
Tarpinis „buferinis“ apvalkalas: kartais plonas medžiagos sluoksnis su tarpiniu CTE (pvz., Inconel 625 arba specifinis nerūdijantis plienas) pirmiausia uždedamas ant plieno prieš nikelio apvalkalą, sukuriant laipsniškesnį perėjimą.
Įtempių-terminis apdorojimas: terminis apdorojimas po-dangos gali sumažinti liekamuosius įtempius, nors tai turi būti atliekama žemiau plieno pagrindo grūdinimo temperatūros.
Projektavimo pritaikymas: Inžinieriai turi atsižvelgti į šį neatitikimą baigtinių elementų analizėje (FEA), kad atramos ir jungtys būtų lankstesnės, kad būtų galima pritaikyti diferencinį judėjimą, neperkraunant jungties ar konstrukcijos.
5. Žvelgiant iš bendro gyvavimo ciklo sąnaudų perspektyvos, kada ekonomiškai pateisinamas brangesnės Inconel 625 plokštės, o ne standartinės 316L arba duplex 2205 nerūdijančio plieno plokštės?
Inconel 625 pagrindimas retai grindžiamas pradine medžiagų kaina (ji gali būti 5–10 kartų brangesnė nei 316 l). Vietoj to, jis pagrįstas gyvavimo ciklo sąnaudų analize (LCCA), kurioje atsižvelgiama į patikimumą, techninę priežiūrą ir neplanuotą prastovą.
Nurodykite Inconel 625 virš 316L / Duplex 2205, kai:
Aplinka viršija lydinio ribas: kai chlorido koncentracija, temperatūra ir pH kartu išstumia aplinką už kritinės duobės temperatūros (CPT) arba kritinės plyšio temperatūros (CCT) 316 l arba 2205. Vienkartinis duobėjimo gedimas gali sunaikinti indą arba šilumokaitį.
Nesėkmės pasekmės yra katastrofiškos: atviroje jūroje esančiose platformose, gelmių{0}}įrangoje arba nuolatiniuose cheminiuose procesuose, kai dėl nuotėkio labai prarandama gamyba, įvyksta saugumas arba daroma žala aplinkai. Vieno išjungimo kaina gali sumažinti medžiagų priemoką.
Lėtinės priežiūros problemos pašalinimas: jei 316L komponentą reikia dažnai tikrinti, suvirinti arba keisti kas 2–3 metus, atnaujinus iki 625, kad eksploatavimo laikas būtų 20+ metų be įsikišimo, sutaupoma daug.
Plonas{0}}sienai, aukšto slėgio{1}} konstrukcijai: dėl didesnio Inconel 625 stiprumo (apie . 2x atkaitinto 316 l takumo riba) galima naudoti plonesnes plokščių dalis. Tai gali sumažinti svorį (būtina atviroje jūroje esančioms viršūnėms), padidinti naudingąją apkrovą ir kartais kompensuoti medžiagų sąnaudų priemoką, nes sutaupoma medžiagų ir supaprastinta lengvesnių konstrukcijų gamyba.
Sudėtinguose, nenuspėjamuose arba „blogiausiu{0}}atveju“ cheminių medžiagų srautuose: kur proceso chemija gali skirtis arba sutrikdyti sąlygos gali patekti netikėtų oksidantų (Fe³⁺, Cu²⁺) arba teršalų, platus, įrodytas 625 atsparumas suteikia neįkainojamą saugumo ribą, kurios žemesni lydiniai negali garantuoti.
Iš esmės ekonominė lygtis pereina nuo kapitalo išlaidų (CAPEX) prie veiklos išlaidų (OPEX). Didesnė pradinė „Inconel 625“ CAPEX pateisinama dėl žymiai mažesnio OPEX, nes beveik -nereikia jokios priežiūros, pašalinamos prastovos ir žymiai pailgėja turto eksploatavimo laikas.
