A vegyipar, az optoelektronikai kristálynövekedés és a nagy-tisztaságú olvadt só hőkezelése terén,nikkel tégelyaz a főszerszám, amely ellenáll a magas{0}}hőmérsékletnek és az erős alkáli korróziónak. Ha a folyamat hőmérséklete hosszú ideig a 315 fokos "élet és halál határa" felett lebeg, az anyagmérnököknek választaniuk kell a Ni200 (N6 nemzeti szabvány) és a Ni201 (N4 nemzeti szabvány) között. A kettő szobahőmérsékletű mechanikai tulajdonságai közel azonosak, de 315 fok túllépése után a 0,13%-os széntartalom-különbség elegendő ahhoz, hogy a tégely élettartama során többszörös vagy akár tucatszoros rés keletkezzen. Ez korántsem egy durva „csak működő” anyagválogatásról van szó, hanem a folyamatstabilitásról, a berendezések maradványértékéről és a gyártásbiztonságról szóló precíz számításról.
A Ni200 (N6) széntartalmának felső határa 0,15%, míg a Ni201 (N4) 0,02% alatt szigorúan szabályozott. Magának a nikkelnek van egy -középpontú köbös rács, és kiváló plaszticitása, de a szén szilárd oldhatósága a nikkelben meredeken csökken a hőmérséklet csökkenésével. Szobahőmérsékleten a túltelített szén kombinált vagy szabad állapotban szegregálódik a szemcsehatárokon.
Ha az olvasztótégely hosszú ideig a 315-760 fok közötti közepes---magas hőmérsékleti tartományban van, a nikkelatomok elegendő kinetikai energiát kapnak ahhoz, hogy a szemcsehatár elcsúszását okozzák, és a szemcsehatárokon lévő szénatomok előnyösen nikkellel kombinálódnak, és gömb alakú szénféreg-{s4}csapadékot képeznek. Ezt a folyamatot "grafitizálásnak" nevezik. A grafit maga rideg fázis, és nincs fémkötő ereje. Csapadéka számtalan mikro-repedésforrás „ékelésével” egyenértékű az eredetileg erős szemcsehatárokon.
Még alattomosabban, a grafitizálódást térfogati zsugorodás kíséri, ami lokális feszültségkoncentrációt okoz a szemcsehatárokon. Az idő múlásával (általában több mint 3000 óra elteltével kezd nyilvánvalóvá válni), az anyag szakadás utáni nyúlása-az eredeti értékről több mint 40%-ról 5% alá csökken. Ezen a ponton a tégely már nem képes plasztikusan deformálódni, és bármilyen hősokk vagy enyhe mechanikai hatás törékennyé teszi a szemcsehatárok mentén történő repedést. Több ezer kilogramm drága olvadt sóval vagy folyékony fémmel megrakott olvasztótégelyeknél az ilyenfajta törékeny törés figyelmeztetés nélkül gyakran hatalmas katasztrófákhoz vezet, mint például a kemence testének selejtezése és anyagszivárgás.
A Ni201 okossága az, hogy a forrásnál megszakítja az ellátást. A széntartalom 0,02%-ra történő csökkentése után még akkor is, ha az érzékeny 400-600 fokos hőmérsékleti zónában marad sokáig, a szemcsehatárokon még mindig hiányzik az aggregálódáshoz, kicsapódáshoz és növekedéshez elegendő szénatom. Ez teljesen kiküszöböli a grafitizálás termodinamikai hajtóerejét.
10 000 órás, 550 fokos környezetben végzett folyamatos melegítés után a Ni201 metallográfiai szerkezetének megfigyelése során nem tapasztaltunk grafit kiválást. Magas-hőmérsékletű tartós szilárdsága 120 MPa felett maradt, a nyúlása pedig 30% maradt. A Ni200 esetében azonos munkakörülmények között 3000 óra után nyilvánvaló grafitgolyók jelentek meg, és a szakítószilárdság 5000 óra után alacsonyabb volt, mint a szobahőmérséklet-index 60%-a. Emiatt az amerikai ASTM B160 szabvány egyértelműen 600 fokban határozza meg a Ni201 ajánlott folyamatos használati hőmérsékletének felső határát, míg a Ni200 szigorúan 315 fokban van korlátozva. Az ismétlődő hőmérséklet-emelkedéssel és -csökkenéssel járó hőciklusos körülmények között a Ni201 hőfáradási ellenállása sokkal jobb, mint a Ni200-é, mivel a grafitosítás visszafordíthatatlan, és a kicsapás után hőkezeléssel nem állítható vissza.
A magas{0}}hőmérsékletű szolgáltatási teljesítmény mellett a gyártási folyamatok különbségei is figyelmet érdemelnek. A nikkel tégelyek általában argon ívhegesztést vagy ellenálláshegesztést igényelnek. Amikor a Ni200 a hegesztési termikus ciklus fúziós vonala közelében van (a helyi pillanatnyi hőmérséklet eléri az 1000 fokot), a karbidok feloldódnak, majd lehűlés után érzékennyé válnak és kicsapódnak, ami a szemcsehatár rideggé válását eredményezi a hővel érintett zónában. Rendkívül alacsony széntartalma miatt a Ni201 szinte semmilyen érzékenységet nem okoz a hegesztési hőhatás{8}}zónában. Hegesztés utáni oldatos kezelés nélkül ugyanazt a szívósságot és korrózióállóságot érheti el, mint az alapfém. Ez azt jelenti, hogy ugyanazon hegesztési eljárás mellett a Ni201 tégely hegesztési minősítési aránya magasabb és a javítási arány alacsonyabb.
Olvadt nátrium-hidroxid (NaOH) vagy kálium-hidroxid (KOH) környezetben (a hőmérséklet gyakran eléri a 450-550 fokot) tovább fokozódik a grafitizálódás káros hatása. Amikor a kicsapódott grafitos szén érintkezésbe kerül olvadt lúggal, mikroelem hatás jön létre, ami felgyorsítja az elektrokémiai anód feloldódását a szemcsehatáron. A "grafitosítás + lúgos ridegedés" szinergikus mechanizmusa a Ni200 tégely falvastagságát 2-3-szor gyorsabban elvékonyítja, mint a Ni201. Tiszta szemcsehatáraival és stabil passzivációs filmjével a Ni201 korróziós sebessége magas hőmérsékletű koncentrált lúgokban 0,1 mm/év alatt szabályozható.
6. A modellválasztás vastörvénye és a teljes-ciklusköltség perspektívája
A fenti elemzés alapján egyértelmű vasszabály bontható ki a kiválasztásra: ha a tégely csúcs- vagy folyamatos üzemi hőmérséklete eléri a 315 fokot, akkor a Ni200-at ki kell küszöbölni és a Ni201-et zárni kell.
Egyesek aggódhatnak amiatt, hogy a Ni201 vételára körülbelül 10-15%-kal magasabb, mint a Ni200-é. De kérjük, számoljon ki egy teljes ciklusú-költségszámlát: a Ni201 tégely tényleges élettartama 550 fokon gyakran 3-5-szöröse lehet a Ni200-nak, miközben elkerüli a kemence nagyjavítását és a hirtelen rideg törés okozta drága anyagveszteséget. A biztonsági redundancia pénzügyi megtérülése jóval meghaladja a kezdeti anyagi felárat.
Ezért a magas hőmérsékletű nikkeltégelyeket tartalmazó folyamattervezéshez erősen ajánlom a Ni201 (N4) beállítását alapértelmezett alapbeállításként. A költséghatékony Ni200 (N6) használata csak olyan kiegészítő forgatókönyvekben lehetséges, ahol a közeg hőmérséklete mindvégig 300 foknál alacsonyabb, és nincs hősokk. Az anyag N6-ról N4-re való korszerűsítése nem túlzott-tervezés, hanem a magas hőmérsékletű termodinamika törvényeinek legalapvetőbb tiszteletben tartása, és ez a legfelelősebb elkötelezettség a folyamatos gyártás stabilitása mellett.
lisa
Értékesítési vezető
Telefonszám/weChat/whatsApp
(82)-18291772322
E--mail
Ta-Nb@titanmsgp.com
