1: آلیاژ نیکل UNS N02201 (نیکل 201) چیست و چرا برای کاربردهای صفحه ترشی فولاد مناسب است؟
Nickel Alloy UNS N02201, commonly called Nickel 201, is a commercially pure wrought nickel (>99.0٪ Ni) با محتوای کربن عمداً کم (کمتر یا مساوی 0.02٪). این تمایز اساسی نسبت به همتای خود، نیکل 200 (C کمتر یا مساوی 0.15٪)، آن را به انتخاب مهندسی برتر برای خدمات دمای بالا تبدیل میکند.
در خطوط ترشی فولاد، حمام اسیدی هیدروکلریک داغ (HCl) یا سولفوریک (H2SO4) برای حذف رسوب (اکسیدهای آهن) از کویل های فولادی استفاده می شود. تجهیزاتی مانند کویل های گرمایش، پوشش مخازن، قفسه های نگهدارنده، و "صفحه کار" مانند سبد جرثقیل، نگهدارنده کاست، و هودهای بخار اسیدی در معرض یک محیط تهاجمی منحصر به فرد قرار می گیرند:
اسیدهای داغ و غلیظ: دماها اغلب از 65 درجه (150 درجه فارنهایت) فراتر می روند و خوردگی را تسریع می کنند.
شرایط اکسید کننده و کاهشی: محیط می تواند از نظر شیمیایی تغییر کند.
بار مکانیکی و سایش: قطعات باید وزن کویل های فولادی را تحمل کنند و در برابر سایش فیزیکی ناشی از ذرات رسوب مقاومت کنند.
نیکل 201 در اینجا به دلیل موارد زیر برتری دارد:
مقاومت در برابر خوردگی استثنایی: مقاومت فوقالعادهای در برابر تمام غلظتهای اسید کلریدریک در دماهای مختلف و اسید سولفوریک نشان میدهد، بهویژه در شرایط غیر گازدار معمولی حمامهای ترشی.
مقاومت در برابر استرس-ترک خوردگی (SCC): ساختار مکعبی وسط- و محتوای نیکل بالای آن، آن را در برابر SCC القا شده از کلرید، یک حالت شکست معمول برای فولادهای ضد زنگ در این محیط، بسیار مقاوم میکند.
بالا{0}}پایداری دما: محتوای کربن کم از رسوب کاربیدهای مرزی دانه گرافیت (گرافیتی شدن) هنگامی که در معرض دماهای بین 425 درجه و 650 درجه (800 درجه فارنهایت - 1200 درجه فارنهایت) قرار میگیرد، که میتواند در عناصر گرمایشی یا مخزنهای بخار رخ دهد، جلوگیری میکند. این حالت شکل پذیری را حفظ می کند و از شکنندگی جلوگیری می کند.
ترکیبی از استحکام مکانیکی، قابلیت ساخت و مقاومت در برابر خوردگی بینظیر در اسیدهای داغ و غیر اکسیدکننده، نیکل 201 را به ماده معیاری برای اجزای حیاتی- و عمر طولانی در خطوط ترشی تبدیل میکند.
2: هنگام استفاده از ورق نیکل 201 برای تجهیزات ترشی چه نکات مهمی در طراحی و ساخت وجود دارد؟
اجرای موفقیت آمیز صفحه نیکل 201 مستلزم رعایت پروتکل های طراحی و ساخت خاص برای حفظ خواص ذاتی آن است:
ملاحظات طراحی:
اجتناب از شکاف ها: طراحی باید نواحی راکد و شکاف هایی را که اسید می تواند در آنها متمرکز شود، به حداقل برساند و منجر به خوردگی موضعی تسریع شود. از جوش های پیوسته به جای جوش های متناوب استفاده کنید.
محافظت کاتدی: در سیستمهای{0}}مخلوط مواد، اطمینان حاصل کنید که نیکل 201 به طور ناخواسته نسبت به مواد نجیبتر آندی ساخته نشده است که باعث تسریع خوردگی آن میشود. عایق الکتریکی مناسب کلید اصلی است.
انبساط حرارتی: نیکل دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوت از فولاد است. طراحی اجزای گرم شده یا سازه های بزرگ باید انبساط دیفرانسیل را در نظر بگیرد تا از تاب برداشتن یا شکست جوش جلوگیری شود.
ملاحظات ساخت:
جوشکاری: از فلزات پرکننده همسان (مانند ERNi-1 یا ENi-1) استفاده کنید. برای جلوگیری از آلودگی توسط گوگرد، سرب یا فسفر، که می تواند باعث ترک خوردگی جوش شود، تمیزی دقیق را حفظ کنید. برای جلوگیری از رشد بیش از حد دانه از ورودی گرمای کم و کنترل دمای کافی بین پاسی (معمولاً زیر 150 درجه / 300 درجه فارنهایت) استفاده کنید.
کار سرد: کار نیکل 201-به سرعت سخت میشود. عملیات شکلدهی مانند خمش یا نورد نیاز به قدرت بیشتری نسبت به فولاد کربنی دارد و ممکن است به مراحل بازپخت میانی برای تغییر شکلهای شدید برای بازیابی شکلپذیری و جلوگیری از ترکخوردگی نیاز داشته باشد.
عملیات حرارتی: بازپخت محلول (معمولاً 870-980 درجه / 1600-1800 درجه فارنهایت و به دنبال آن خاموش کردن سریع) ممکن است پس از کار سرد شدید برای کاهش تنش ها و بازگرداندن مقاومت به خوردگی مطلوب مورد نیاز باشد. این امر به ویژه برای قطعاتی که بار مکانیکی را در محیط خورنده مشاهده می کنند بسیار مهم است.
آلودگی سطحی: از آلودگی آهن (از ابزار، چرخ های سنگ زنی یا زباله های مغازه) روی سطح نیکل جلوگیری کنید. آهن تعبیه شده در حین کار زنگ می زند و نقاط شروع برای سوراخ شدن ایجاد می کند. ابزار اختصاصی و تمیز و ترشی/غیرفعال سازی نهایی قسمت ساخته شده در محلول اسید نیتریک ضروری است.
3: عملکرد و هزینه کل مالکیت (TCO) نیکل 201 در مقایسه با مواد جایگزین مانند فولاد ضد زنگ 316L یا فولادهای دوبلکس برای صفحات ترشی چگونه است؟
در حالی که هزینه مواد اولیه نیکل 201 به طور قابل توجهی بالاتر از فولادهای ضد زنگ استاندارد است، TCO آن اغلب برای اجزای مهم و سایش بالا در خطوط ترشی پایین تر است.
فولاد زنگ نزن 316L: 316L در حالی که مقاومت به خوردگی عمومی خوبی دارد، در محیطهای داغ با اسید هیدروکلریک به شدت در برابر سوراخشدگی و ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید-(SCC) حساس است. ممکن است برای بخشهایی که تهاجمی کمتری دارند (مثلاً مخازن شستشو) مناسب باشد، اما معمولاً در بخشهای اسید داغ، پیش از موعد از کار میافتد. طول عمر بر حسب ماه تا چند سال اندازه گیری می شود که منجر به تعویض مکرر، خرابی تولید و هزینه های نگهداری می شود.
فولادهای ضد زنگ دوبلکس (به عنوان مثال، 2205): استحکام بهتر و مقاومت بهتر در برابر کلرید SCC را در مقایسه با 316L ارائه می دهند. با این حال، در اسیدهای کاهنده گرم و غلیظ مانند HCl، نرخ خوردگی آنها می تواند به طور غیر قابل قبولی بالا باشد. آنها برای خطوط ترشی بر پایه سولفات-یا کمتر تهاجمی مناسب تر هستند.
نیکل 201: نرخ خوردگی آن در HCl داغ نسبت به جایگزین های ضد زنگ، مرتبه ای کمتر است. در حالی که از قبل گران است، یک قطعه نیکل 201 که به درستی طراحی و ساخته شده باشد (مثلاً یک کاست کویل یا آستر مخزن) می تواند 10 تا 20 سال یا بیشتر با حداقل تعمیر و نگهداری دوام بیاورد. این به شدت کاهش می دهد:
هزینه های تعویض: هزینه های سرمایه کمتر برای قطعات جدید.
هزینه های توقف: توقف کمتر خط تولید برای تعویض تجهیزات.
خطر آلودگی: آلودگی محصول را از اجزای فولادی خراب از بین می برد.
خطر ایمنی: خطر خرابی فاجعه بار و نشت اسید را به حداقل می رساند.
محاسبه TCO نیکل 201 را برای قطعاتی که مستقیماً در معرض تهاجمیترین مراحل فرآیند هستند، که در آن خرابی تجهیزات پرهزینهترین است، ترجیح میدهد.
4: حالت های رایج خرابی صفحات ترشی نیکل 201 چیست و چگونه می توان از آنها جلوگیری کرد؟
حتی با مواد مستحکمی مانند نیکل 201، ممکن است خرابی ها اتفاق بیفتد، عمدتاً به دلیل کاربرد، ساخت یا نگهداری نامناسب:
گرافیت سازی (فقط در صورت استفاده نادرست): این یک حالت خرابی برای Nickel 200 (کربن بالاتر) در سرویس دمای بالا{1}}است. مشخص کردن نیکل 201 (کم کربن) برای هر جزء که دماهای بالاتر از 315 درجه (600 درجه فارنهایت) را ببیند، خطر شکنندگی مرز دانه را به طور کامل حذف می کند.
خوردگی تحت عایق (CUI): برای صفحات یا مخازن گرم شده، اگر نیکل 201 عایق شده باشد و عایق با کلریدها (از اتمسفر یا دودهای اسیدی) خیس شود، محلول های کلرید غلیظ می توانند تشکیل شوند و باعث ایجاد حفره های موضعی شوند. پیشگیری: از عایق ضدآب-بدون کلرید با پوشش مناسب استفاده کنید. قبل از عایق کاری، یک پوشش محافظ روی سطح نیکل اعمال کنید.
خوردگی گالوانیکی: اگر نیکل 201 به طور مستقیم به یک فلز نجیب تر (مانند تیتانیوم یا گرافیت) در الکترولیت اسید رسانا متصل شود، نیکل می تواند به طور فداکاری خورده شود. پیشگیری: با استفاده از-واشرها و آستینهای غیر رسانا یا طراحی با تمام سطوح تماس نیکل، مواد را با برق جدا کنید.
شکست مکانیکی ناشی از ساخت نامناسب: ترک در مناطق تحت تأثیر گرما{0}} (HAZ) به دلیل آلودگی جوش، یا ترک خوردن در حین شکلگیری به دلیل عدم بازپخت میانی. پیشگیری: رعایت دقیق رویههای جوشکاری (AWS DNB2) و بهترین شیوههای ساخت همانطور که در Q2 ذکر شده است.
فرسایش{0}}خوردگی: در نواحی با جریان بالا یا جایی که ذرات رسوب ساینده برخورد میکنند، لایه غیرفعال محافظ را میتوان به صورت مکانیکی حذف کرد و از دست دادن فلز را تسریع کرد. پیشگیری: در صورت امکان برای جریان آرام طراحی کنید، از صفحات سایش ضخیمتر در{3}}مناطق سایشی بالا استفاده کنید، یا در موارد شدید، رو به سختی{4}} را در نظر بگیرید.
5: هنگام تهیه پلیت نیکل 201 برای این کاربرد مهم، چه تضمین کیفیت و گواهینامه ضروری است؟
با توجه به پیامدهای ایمنی و مالی شکست، تدارکات باید بر اساس تأیید باشد، نه فقط قیمت.
مستندات اجباری: تامین کننده باید یک گزارش کامل تست مواد (MTR) یا گواهی انطباق ارائه دهد که قابل ردیابی به شماره حرارت مذاب باشد. این MTR باید مطابقت با استانداردهای مربوطه مانند ASTM B162 (صفحه، ورق و نوار) را تأیید کند و به طور خاص درجه UNS N02201 را فراخوانی کند.
دادههای کلیدی MTR: گزارش باید فهرستبندی کند:
ترکیب شیمیایی: تأیید کربن کم (کمتر یا مساوی 0.02٪)، محتوای نیکل بالا و محدودیت در ناخالصی هایی مانند گوگرد، مس، آهن و منگنز.
خواص مکانیکی: استحکام کششی، استحکام تسلیم و ازدیاد طول مطابق با الزامات ASTM B162.
عملیات حرارتی: تأیید شرایط آنیل نهایی (معمولاً آنیل شده) برای اطمینان از مقاومت بهینه خوردگی و شکل پذیری.
تست اضافی (در صورت مشخص شدن): برای اجزای بسیار حیاتی، خریداران ممکن است نیاز داشته باشند:
تست خوردگی بین دانهای: مانند آزمون ASTM G28 A برای اطمینان از اینکه مواد در شرایط حرارتی مناسب قرار دارند-و فازهای ریزساختاری مضر ندارند.
آزمایش غیر مخرب (NDE): آزمایش اولتراسونیک صفحه برای شناسایی لایههای داخلی یا آخالها.
صلاحیت تامین کننده: منبع از کارخانه های معتبر یا سهامداران معتبر متخصص در آلیاژهای{0} با عملکرد بالا. آنها باید دارای تخصص فنی برای پشتیبانی از برنامه و ارائه قابلیت ردیابی لازم باشند.
به طور خلاصه، تهیه نیکل 201 برای تجهیزات ترشی یک سرمایه گذاری در-عملکرد طولانی مدت و قابل اعتماد است. تمرکز باید بر روی کیفیت مواد تایید شده و ساخت واجد شرایط باشد، زیرا هزینه خرابی بسیار بیشتر از صرفه جویی اولیه محصول بدون گواهی یا غیر استاندارد است.
