Kemianteollisuuden, optoelektronisten kiteiden kasvun ja erittäin{0}}puhtaiden sulan suolan lämpökäsittelyn aloillanikkeli upokason ydintyökalu, joka kestää korkeita{0}}lämpötiloja ja voimakasta alkalikorroosiota. Kun prosessin lämpötila leijuu 315 asteen "elämän ja kuoleman rajan" yläpuolella pitkään, materiaaliinsinöörien on tehtävä valinta Ni200:n (kansallinen standardi N6) ja Ni201:n (kansallinen standardi N4) välillä. Huoneenlämpöiset mekaaniset ominaisuudet molemmilla ovat lähes samat, mutta 315 asteen ylittymisen jälkeen 0,13 % hiilipitoisuuden ero riittää aiheuttamaan upokkaan käyttöikään usean tai jopa kymmenkertaisen aukon. Tämä ei suinkaan ole karkea valikoima "vain toimivia" materiaaleja, vaan tarkka laskelma liittyen prosessin vakauteen, laitteiden jäännösarvoon ja tuotannon turvallisuuteen.
Ni200:n (N6) hiilipitoisuuden yläraja on 0,15 %, kun taas Ni201 (N4) on tiukasti valvottu alle 0,02 %. Nikkelillä itsessään on pinta-keskitetty kuutiohila ja sillä on erinomainen plastisuus, mutta hiilen kiinteä liukoisuus nikkeliin laskee jyrkästi lämpötilan laskeessa. Huoneenlämpötilassa ylikyllästynyt hiili segregoituu raerajoilla yhdistetyssä tai vapaassa tilassa.
Kun upokas on pitkän aikaa keski{0}}--korkealla lämpötila-alueella 315 - 760 astetta, nikkeliatomit saavat tarpeeksi kineettistä energiaa aiheuttamaan raerajojen liukumisen, ja raerajoilla olevat hiiliatomit yhdistyvät ensisijaisesti nikkelin kanssa saostaen madon tai pallomaisen hiilen. Tätä prosessia kutsutaan "grafitointiksi". Grafiitti itsessään on hauras faasi, eikä sillä ole metallia sitovaa voimaa. Sen sademäärä vastaa lukemattomien mikro-halkeamien lähteiden "kiilaamista" alun perin vahvoille raerajoille.
Kavalammin grafitoitumiseen liittyy tilavuuden kutistuminen, mikä aiheuttaa paikallisia jännityskeskittymiä raerajoilla. Ajan myötä (alkaa yleensä tulla ilmeiseksi yli 3 000 tunnin kuluttua) materiaalin katkon-jälkeinen venymä laskee alkuperäisestä yli 40 %:sta alle 5 %:iin. Tässä vaiheessa upokas ei enää pysty plastisesti muotoutumaan, ja mikä tahansa lämpöshokki tai pieni mekaaninen isku aiheuttaa haurautta halkeilun kautta raerajoilla. Upokkaissa, joissa on tuhansia kiloja kallista sulaa suolaa tai nestemäistä metallia, tällainen hauras murtuma ilman varoitusta johtaa usein valtaviin katastrofeihin, kuten uunin rungon romutukseen ja materiaalin vuotamiseen.
Ni201:n fiksu asia on katkaista syöttö lähteellä. Sen jälkeen kun hiilipitoisuus on laskettu 0,02 %:iin, vaikka se pysyisikin pitkään herkällä lämpötilavyöhykkeellä 400 - 600 astetta, raerajoilta puuttuu silti tarpeeksi hiiliatomeja aggregoitumaan, saostumaan ja kasvamaan. Tämä eliminoi kokonaan grafitoinnin termodynaamisen käyttövoiman.
Jatkuvan 10 000 tunnin kuumennuksen jälkeen 550 asteen ympäristössä ei havaittu grafiitin saostumista havainnoitaessa Ni201:n metallografista rakennetta. Sen korkeissa lämpötiloissa kestävä lujuus pysyi yli 120 MPa:ssa ja venymä pysyi 30 %:ssa. Ni200:lle samoissa työoloissa ilmeisiä grafiittipalloja ilmestyi 3 000 tunnin jälkeen, ja vetolujuus 5 000 tunnin jälkeen oli alle 60 % huoneenlämpötilaindeksistä. Tästä johtuen amerikkalainen ASTM B160 -standardi määrittelee selkeästi Ni201:n suositellun jatkuvan käyttölämpötilan ylärajan 600 asteeseen, kun taas Ni200 on tiukasti rajoitettu 315 asteeseen. Lämpösykliolosuhteissa, joissa lämpötila nousee ja laskee toistuvasti, Ni201:n lämpöväsymiskestävyys on paljon parempi kuin Ni200:n, koska grafitoituminen on peruuttamatonta eikä sitä voida ottaa talteen hehkuttamalla, kun se on saostettu.
Korkean lämpötilan -lämpötilojen lisäksi myös valmistusprosessien erot ovat huomionarvoisia. Nikkeliupokkaat vaativat yleensä argonkaarihitsauksen tai vastushitsauksen takatiivistyksen. Kun Ni200 on lähellä hitsauksen lämpösyklin sulamislinjaa (paikallinen hetkellinen lämpötila saavuttaa yli 1000 astetta), karbidit erottuvat ja herkistyvät ja saostuvat jäähtymisen jälkeen, mikä johtaa raerajojen haurastumiseen lämpö{5}}vaikutusalueella. Äärimmäisen alhaisen hiilipitoisuutensa vuoksi Ni201 ei juuri herkisty hitsauslämmön{8}}vaikutusvyöhykkeellä. Se voi saavuttaa saman sitkeyden ja korroosionkestävyyden kuin perusmetalli ilman liuoskäsittelyä hitsauksen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että samassa hitsausprosessissa Ni201-upokkaan hitsauksen kelpoisuusaste on korkeampi ja korjausnopeus pienempi.
Sulan natriumhydroksidin (NaOH) tai kaliumhydroksidin (KOH) ympäristössä (lämpötila saavuttaa usein 450-550 astetta) grafitisoitumisen haitat lisääntyvät entisestään. Kun saostunut grafiittihiili joutuu kosketuksiin sulan alkalin kanssa, muodostuu mikroakkuvaikutus, joka nopeuttaa sähkökemiallisen anodin liukenemista raerajalla. Tämä synergistinen "grafitoituminen + alkalihauristuminen" aiheuttaa Ni200-upokkaan seinämän paksuuden ohenemisen 2-3 kertaa nopeammin kuin Ni201. Puhtaiden raerajojen ja vakaan passivointikalvon ansiosta Ni201:n korroosionopeus korkean lämpötilan tiivistetyssä alkalissa voidaan hallita alle 0,1 mm/vuosi.
6. Mallin valinnan rautalaki ja koko -syklin kustannusnäkökulma
Yllä olevan analyysin perusteella voidaan poimia selkeä rautasääntö valintaa varten: jos upokkaan huippu- tai jatkuva käyttölämpötila saavuttaa 315 astetta, Ni200 on eliminoitava ja Ni201 lukittava.
Jotkut saattavat olla huolissaan siitä, että Ni201:n ostohinta on noin 10–15 % korkeampi kuin Ni200:n. Laske kuitenkin koko -syklin kustannuslaskelma: Ni201-upokkaan todellinen käyttöikä 550 asteessa voi usein olla 3–5 kertaa Ni200:n käyttöikä välttäen samalla uunin peruskorjauksen ja äkillisen hauraan murtuman aiheuttaman kalliin materiaalihäviön. Tämän turvallisuusvähennyksen taloudellinen tuotto ylittää huomattavasti alkuperäisen materiaalipreemion.
Siksi suosittelen vahvasti Ni201:n (N4) asettamista oletusvakioasetukseksi korkean lämpötilan nikkeliupokkaita käyttävien prosessien suunnittelussa. Ainoastaan apuskenaarioissa, joissa väliaineen lämpötilan vahvistetaan olevan alle 300 astetta kauttaaltaan eikä lämpöshokkia ole, kustannustehokasta Ni200:ta (N6) tulee harkita. Materiaalin päivittäminen N6:sta N4:ksi ei ole yli-suunnittelua, vaan korkeiden lämpötilojen termodynamiikan lakien alkeellisinta kunnioittamista, ja se on vastuullisin sitoutuminen jatkuvan tuotannon vakauteen.
lisa
Myyntipäällikkö
Puhelinnumero/weChat/whatsApp
(82)-18291772322
Sähköposti-
Ta-Nb@titanmsgp.com
