اگر به نیکل 200 و نیکل 201 در کنار هم نگاه کنید، ممکن است فکر کنید که آنها یک ماده هستند. و تقریباً حق با شماست - هر دو از نظر تجاری نیکل خالص با حداقل 99.0 درصد نیکل هستند. تفاوت به یک عنصر آلیاژی منتهی می شود: کربن.

نیکل 200اجازه می دهد تا 0.15٪ کربن. نیکل 201 کربن را به حداکثر 0.02٪ محدود می کند. این تفاوت فقط 0.13 واحد درصد - کمتر از قند موجود در یک قوطی نوشابه است. با این حال، این تفاوت کوچک تعیین می کند که آیا سیستم لوله کشی شما برای چندین دهه در یک کارخانه سود سوزآور دوام می آورد یا در عرض چند سال به طور فاجعه باری از کار می افتد.

این مقاله به زبانی واضح و قابل دسترس توضیح می‌دهد که چرا محتوای کربن در نیکل خالص بسیار مهم است، چگونه می‌توان بین این دو درجه یکی را انتخاب کرد و چه زمانی هر گرید برای برنامه شما مناسب است یا انتخاب نادرست -.

نتیجه گیری قطعی:نیکل 200 و 201 از نظر ترکیب 99٪ یکسان هستند، اما اختلاف کربن 0.13٪ مرز عملکردی تعیین کننده ای را در 315 درجه سانتیگراد ایجاد می کند. درک این مرز برای هر مهندسی که لوله گذاری نیکل خالص را مشخص می کند ضروری است.

نیکل 200 و 201 چیست؟

نیکل 200 (UNS N02200) ونیکل 201 (UNS N02201)گریدهای نیکل خالص تجاری (CP) هستند. "تجاری خالص" به این معنی است که آنها حداقل 99.0٪ نیکل هستند، با تنها ناخالصی های کمی که به دقت کنترل می شوند تا خواص مکانیکی و خوردگی خاص حفظ شود.

نیکل خالص از اوایل دهه 1900 در کاربردهای صنعتی استفاده شده است. نیکل 200 درجه تجاری اصلی بود که برای تولید سود سوزآور (NaOH) تولید شد. در دهه 1940، مهندسان کشف کردند که قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالای 600 درجه فارنهایت (315 درجه سانتیگراد) باعث پدیده عجیبی می شود: نیکل به تدریج شکل پذیری خود را از دست می دهد و رسوبات "گرافیت" سطحی را ایجاد می کند. این منجر به توسعه نیکل 201 - یک نوع کربن کم- شد که مشکل را حل کرد.

هر دو درجه توسط سیستم شماره گذاری یکپارچه (UNS) شناسایی می شوند:

نیکل 200: UNS N02200 ("200" از محتوای اسمی 99.2٪ نیکل می آید)

نیکل 201: UNS N02201 («201» نوع کم کربن- را نشان می‌دهد)

همیشه هنگام سفارش شماره UNS را مشخص کنید. "لوله نیکل" یک مشخصات معتبر نیست - باید تشخیص دهید که آیا به N02200 یا N02201 نیاز دارید.

ترکیب شیمیایی

جدول زیر محدودیت های کامل ترکیب شیمیایی را برای هر دو گرید به همراه مقادیر آنالیز حرارتی معمول از تولید واقعی نشان می دهد:

جدول 2: ترکیب شیمیایی - نیکل 200 در مقابل نیکل 201 (ASTM B161-21)

توجه داشته باشید که تنها تفاوت قابل توجه محتوای کربن است. همه عناصر دیگر به همان حدود کنترل می شوند. به همین دلیل است که خواص مکانیکی و خوردگی تقریباً یکسان هستند - مگر در دماهای بالا که خوردگی گرافیتی به یک عامل تبدیل می شود.

گوشه علوم دبیرستان:چرا کربن در نیکل مشکل ایجاد می کند؟ اتم های کربن کوچک هستند و می توانند بین اتم های نیکل در شبکه کریستالی قرار بگیرند. در دماهای بالا، این اتم‌های کربن می‌توانند با هم جمع شوند و گرافیت را تشکیل دهند، فرآیندی به نام «بارش». تصور کنید کشمش در یک کلوچه پخش می شود و خطی از مافین ایجاد می کند - آن خط ضعیف تر از بقیه مافین خواهد بود. گرافیت در مرزهای دانه به همین ترتیب عمل می کند.

خواص مکانیکی: استحکام و چقرمگی

از آنجایی که تنها تفاوت ترکیبی قابل توجه کربن است (و 0.13٪ برای تأثیر بر خصوصیات دمای اتاق بسیار کوچک است)، نیکل 200 و 201 اساساً خواص مکانیکی یکسانی در دمای اتاق دارند:

جدول 3: ویژگی های مکانیکی دمای اتاق (ASTM B161-21)

نتیجه گیری قطعی:نیکل 200 و 201 از نظر مکانیکی در دمای اتاق یکسان هستند. تفاوت کربن در شرایط عادی بر استحکام کششی، استحکام تسلیم یا شکل پذیری تأثیر نمی گذارد.

خواص دمای بالا

در دماهای بالا، اختلاف کربن قابل توجه می شود. نیکل 201 استحکام مفیدی را در دماهای بالاتر حفظ می کند زیرا از ضعیف شدن گرافیتی رنج نمی برد:

جدول 4: مقایسه قدرت تسلیم دمای بالا

نکته مهم: نیکل خالص یک ماده ساختاری-با دمای بالا نیست. برای سرویس پایدار بالای 540 درجه (1000 درجه فارنهایت)، Incoloy 800H/HT یا Inconel 600 را در نظر بگیرید، که استحکام مفیدی را در دماهای بسیار بالاتر حفظ می کنند.

مقاومت در برابر خوردگی

نیکل خالص (هر دو 200 و 201) مقاومت در برابر خوردگی خود را مدیون یک لایه نازک اکسید چسبنده است که روی سطح تشکیل می شود. این فیلم در برابر حمله قلیایی بسیار مقاوم است و عملکرد عالی را در طیف وسیعی از محیط ها ارائه می دهد.

مهم ترین کاربرد نیکل 200 و 201، کار با سود سوزآور (NaOH) و پتاس سوز آور (KOH) است. این مواد شیمیایی در همه چیز از صابون سازی گرفته تا تولید آلومینیوم و تولید بیودیزل استفاده می شود.

جدول 5: مقاومت قلیایی سوزاننده - نیکل 200 و 201

نتیجه گیری قطعی:هیچ ماده ساختاری رایج دیگری با مقاومت نیکل خالص در برابر قلیایی های سوزاننده مطابقت ندارد. فولاد کربنی به سرعت خورده می شود. فولادهای زنگ نزن از ترک خوردگی ناشی از تنش سوزاننده رنج می برند. نیکل 200/201 انتخاب قطعی است.

سایر محیط ها

نیکل خالص در چندین محیط دیگر نیز به خوبی عمل می کند، اگرچه یک ماده مقاوم در برابر خوردگی{0}«همگانی» مانند Hastelloy C276 نیست:

جدول 6: راهنمای تناسب محیطی - نیکل 200 و 201

نتیجه گیری قطعی:نیکل 200/201 در خدمات سوزاننده/قلیایی و نمک های خنثی برتری دارد، اما برای اکسید کردن اسیدها، گاز ترش یا آب دریا مناسب نیست. برای آن محیط ها، سایر آلیاژهای نیکل (Inconel، Incoloy، Hastelloy، Monel) باید مشخص شوند.

کاربردها: جایی که از نیکل 200 و 201 استفاده می شود

لوله های نیکل خالص در طیف شگفت انگیزی از صنایع استفاده می شود. بخش‌های زیر رایج‌ترین کاربردها را برای هر درجه شرح می‌دهند.

پردازش شیمیایی سوزاننده (کاربرد اولیه)

صنعت مواد شیمیایی سوزاننده بزرگترین مصرف کننده لوله نیکل 200 و 201 است. تجهیزات کلیدی شامل:

اواپراتورها و کلسینرهای سوز آور (که در آن NaOH از 50٪ تا 99٪ + متمرکز است)

خطوط لوله ذخیره و انتقال NaOH

هدرها و لوله‌کشی سلول‌های قلیایی کلر-

سیستم های تولید و تصفیه KOH

خطوط تولید هیپوکلریت سدیم (سفید کننده).

برای همه این کاربردها، نیکل 201 انتخاب پیش فرض است زیرا دمای تبخیر کننده و کلسینر اغلب از 315 درجه فراتر می رود.

پردازش مواد غذایی و آشامیدنی

نیکل 200 و 201 برای برنامه های کاربردی تماس با مواد غذایی مطابق با FDA{2}} (21 CFR) هستند. این فلز هیچ طعم یا رنگ فلزی به محصولات غذایی نمی دهد.

برنامه های کاربردی عبارتند از:

راکتورهای هیدروژناسیون روغن نباتی و لوله کشی

سیستم پاستوریزاسیون شیر

فرآوری شکر (نیشکر و چغندر)

تولید و تصفیه اسید سیتریک

تولید نوشیدنی و تصفیه آب

داروسازی و بیوتکنولوژی

سیستم های توزیع آب با خلوص بالا (WFI=Water for Injection).

خطوط لوله انتقال معرف در سنتز API (ماده دارویی فعال).

شفت های همزن بیوراکتور و لوله های شیب

سیستم های بخار استریل (WFI{0}}تولید کننده).

هوافضا و دفاع

خطوط سیال هیدرولیک (مقاوم در برابر اسکایدرول و سیالات استر فسفات)

خطوط سوخت تجهیزات پشتیبانی زمینی

تولید مهمات (حمام های درمان قلیایی)

جوشکاری و ساخت

نیکل خالص با استفاده از فرآیندهای استاندارد قابل جوش است، اما چندین ملاحظات مهم وجود دارد.

انتخاب فلز پرکننده

جدول 7: انتخاب فلز پرکننده برای نیکل 200 و 201

قوانین کلیدی جوشکاری

قوانین زیر برای موفقیت در جوشکاری نیکل خالص ضروری است:

1. پاکیزگی تنها عامل مهم است. تمام روغن ها، گریس ها، رنگ ها و جوهرهای علامت گذاری را پاک کنید. آلودگی باعث ایجاد تخلخل و ترک می شود.

2. بدون نیاز به گرم کردن نیکل خالص در هنگام خنک شدن سخت نمی شود (کاملا آستنیتی است). پیش گرم کردن غیر ضروری است و می تواند بارش کاربید را افزایش دهد.

3. دمای بینگذر: حداکثر 150 درجه. دمای بیش از حد بین گذر می تواند باعث رشد دانه ها و کاهش شکل پذیری شود.

4. تکنیک مهره استرینگر ترجیح داده می شود. از بافتن که به دلیل ضریب انبساط حرارتی بالای نیکل باعث ترک خوردن داغ می شود، خودداری کنید.

5. گاز پشتیبان آرگون. برای جلوگیری از اکسیداسیون در سمت ریشه جوش، از گاز پشتیبان 100٪ آرگون روی پاس ریشه برای GTAW استفاده کنید.

6. فلز پرکننده باید از نوع نیکل-آلیاژ باشد. هرگز از فولاد کربنی یا پرکننده فولاد ضد زنگ روی لوله نیکل استفاده نکنید. ذوب یوتکتیک حاصل باعث ایجاد ترک شدید می شود.

7. عملیات حرارتی پس از جوش: معمولاً مورد نیاز نیست. با این حال، اگر قطعه جوش داده شده بالاتر از 315 درجه کار کند، یک آنیل کامل محلول (980 درجه، کوئنچ آب) برای حل کردن کاربیدهایی که ممکن است تشکیل شده باشد توصیه می شود.

8. جوشکاری غیر مشابه با فولاد کربنی: از پرکننده ERNi-1 استفاده کنید. ابتدا طرف فولاد کربنی را با پرکننده نیکل "کره" کنید، سپس به لوله نیکل بپیوندید.

9. کنترل سختی: برای سرویس ترش (نادر برای نیکل خالص)، حداکثر 22 HRC را در هر NACE MR0175 تأیید کنید. توجه داشته باشید که نیکل خالص در NACE MR0175 ذکر نشده است.

سوالات متداول (سؤالات متداول)

س: آیا می توانم نیکل 201 را جایگزین نیکل 200 کنم؟

پاسخ: بله، قطعا. Nickel 201 یک "ابر مجموعه" از نیکل است 200 - دارای همه خواص یکسان به علاوه ایمنی در برابر خوردگی گرافیتی است. تنها نقطه ضعف 5-10 درصد هزینه بالاتر است.

س: آیا می توانم نیکل 200 را جایگزین نیکل 201 کنم؟

پاسخ: فقط در صورتی که بتوانید تضمین کنید که دمای سرویس هرگز از 315 درجه (600 درجه فارنهایت) تجاوز نخواهد کرد، از جمله شرایط ناخوشایند، خروج بخار-و ضدعفونی کردن. اگر شک دارید از نیکل 201 استفاده کنید.

س: آیا نیکل 200/201 برای آب دریا مناسب است؟

پاسخ: برای جریان آب دریا توصیه نمی شود. نیکل خالص فاقد کروم یا مولیبدن است، بنابراین در محیط های کلرید به خوردگی حفره ای و شکافی حساس است. برای سرویس آب دریا از Inconel 625 یا Hastelloy C276 استفاده کنید.

س: آیا نیکل 200/201 برای اسید سولفوریک مناسب است؟

پاسخ: فقط در محلول های بسیار رقیق (<5% H₂SO₄) at room temperature. For concentrated sulfuric acid, use Alloy 20 or Alloy 31.

س: تفاوت بین نیکل 200 و "نیکل خالص" چیست؟

ج: «نیکل خالص» یک اصطلاح کلی است. نیکل 200 و 201 نیکل‌های خالص ASTM{3}}با محدودیت‌های ترکیبی مشخص هستند. همیشه درجه (200 یا 201) و شماره UNS (N02200 یا N02201) را مشخص کنید.

س: آیا می توان از نیکل 200/201 برای خدمات گاز ترش (H2S) استفاده کرد؟

پاسخ: خیر. نیکل خالص در NACE MR0175/ISO 15156 ذکر نشده است و برای سرویس گاز ترش مناسب نیست. برای گاز ترش از Incoloy 825، Hastelloy C276 یا Incoloy 925/945X استفاده کنید.

س: چه مشخصات ASTM لوله نیکل 200/201 را پوشش می دهد؟

A: ASTM B161 لوله و لوله نیکل بدون درز را پوشش می دهد. ASTM B725 لوله های نیکل جوش داده شده را می پوشاند. همیشه شماره ASTM را در سفارش خرید خود مشخص کنید.

س: چگونه می توانم تأیید کنم که نیکل 201 (نه 200) را دریافت کرده ام؟

A: گواهی آسیاب (EN 10204 نوع 3.1) را درخواست کنید و بررسی کنید که محتوای کربن کمتر یا برابر با 0.02٪ باشد. همچنین می‌توانید شناسایی مواد مثبت (PMI) را در سایت انجام دهید، اگرچه PMI نمی‌تواند به‌طور قابل اعتمادی 0.02٪ را از 0.15٪ کربن تشخیص دهد - گواهی کارخانه گواهی قطعی است.