Berita Syarikat
01
Gambaran Keseluruhan Aloi Nikel
22-07-2024
Aloi nikel umumnya terdiri daripada nikel, kromium, molibdenum, aluminium, besi, dan beberapa unsur lain dalam kuantiti yang kecil.
Superalloy berasaskan nikel: Aloi
Aloi Nikel dan Nikel: Gambaran Keseluruhan; Nikel: Aloi; Aloi Nikel: Nomenklatur; Aloi Nikel: Rawatan Terma dan Pemprosesan Termomekanikal; Superalloy berasaskan nikel: Gambaran Keseluruhan; Superalloys berasaskan nikel: Kaedah Aloi dan Pemprosesan Termomekanikal; Aloi Nikel: Kakisan.
PEMILIHAN BAHAN UNTUK PERSEKITARAN MENGAKSI
KLASIFIKASI ALOI NIKEL
Aloi nikel boleh dikelaskan dalam kumpulan berikut berdasarkan komposisi kimianya:
(1)Nikel Nikel tulen (99.56%)
▪ Nikel tulen (tempa) secara komersial 99.6–99.7%.
(2) Nikel dan tembaga
▪ Aloi nikel rendah (2–13% Ni)
▪ Cupronickel (10–30% Ni)
▪ Aloi bukan magnet (~60% Ni)
▪ Aloi nikel tinggi (lebih 50% Ni)
(3)Nikel dan besi
▪ Keluli aloi tempa (0.5–9% Ni)
▪ Keluli aloi tuang (0.5–0.9% Ni)
▪ Besi tuang aloi (1–6, 14–36% Ni)
(4) Aloi besi-nikel dan kromium
▪ Keluli tahan karat (2–25% Ni)
▪ Keluli pemadaman (18% Ni)
(5)Nikel-kromium-molibdenum dan pemendakan asas besi-nikel aloi mengeras.
- Elektrokimia unsur | NikelAloi nikelNikel ialah komponen utama bagi banyak aloi yang terkenal, contohnya, aloi tahan kakisan seperti Monel (Ni, Cu), Inconel 600 (Ni, Cr, Fe), Hastelloy (Ni, Mo, Fe), dan keluli tahan karat yang telah disebut. Nikel juga terdapat dalam aloi magnet yang kuat seperti Alnico (Al, Ni, Co), Permalloy (Ni, Fe), dan mu-logam (Ni, Fe, Cu, Mo). Aloi nikel yang sangat terkenal ialah pemalar (Cu 60%, Ni 40%) yang dicirikan oleh rintangan malar pada julat suhu yang luas.
Kenaikan harga nikel tahunan pada 2021 disebabkan oleh jangkaan penggunaan nikel yang lebih kukuh untuk bateri EV dan permintaan tinggi untuk keluli tahan karat. Perlu diperhatikan, pertumbuhan pengeluaran nikel pada tahun-tahun lepas telah didorong oleh pengembangan kapasiti untuk besi babi nikel, iaitu, produk kelas 2 yang tidak sesuai untuk bateri EV. Nikel kelas 1 gred tinggi yang diperlukan untuk bateri memerlukan pemprosesan yang lebih sengit.
PEMILIHAN BAHAN UNTUK PERSEKITARAN MENGAKSI
NIKEL DAN ALOINYA
Nikel terkenal sebagai unsur pengaloian penting dalam keluli tahan karat, aloi Ni-Cu, aloi Ni-Fe, aloi Ni-Cr-Fe, aloi super, sebagai aloi nikel-kromium dan aloi tahan kakisan dan suhu tinggi khas. Nikel feromagnetik dengan ketumpatan 8.9 g/cm3. Ia mulur dan boleh ditempa seperti keluli. Aloi nikel terkenal dengan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan yang baik terhadap kakisan.
Komposisi kimia nominal (berat%)
bahan | Dalam | Dengan | Fe | Cr | Untuk | Al | Daripada | Nb | Mn | Dan | C |
Nikel |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nikel 200 | 99.6 | - | - | - | - | - | - | - | 0.23 | 0.03 | 0.07 |
Nikel 201 | 99.7 | - | - | - | - | - | - | - | 0.23 | 0.03 | 0.01 |
Nikel-Tembaga |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Aloi monel 400 | 65.4 | 32 | 1.00 | - | - | - | - | - | 1.0 | 0.10 | 0.12 |
Aloi monel 404 | 54.6 | 45.3 | 0.03 | - | - | - | - | - | 0.01 | 0.04 | 0.07 |
Aloi monel R-405 | 65.3 | 31.6 | 1.25 | - | - | 0.1 | - | - | 1.0 | 0.17 | 0.15 |
Aloi monel K-500 | 65.0 | 30 | 0.64 | - | - | 2.94 | 0.48 | - | 0.70 | 0.12 | 0.17 |
Nikel-Kromium-Besi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Aloi Inconel 600 | 76 | 0.25 | 8.0 | 15.5 | - | - | - | - | 0.5 | 0.25 | 0.08 |
Aloi Inconel 601 | 60.5 | 0.50 | 14.1 | 23.0 | - | 1.35 | - | - | 0.5 | 0.25 | 0.05 |
Aloi Inconel 690 | 60 | - | 9.0 | 30 | - | - | - | - | - | - | 0.01 |
Nikel-Besi-Kromium |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Aloi incoloy 800 | 31 | 0.38 | 46 | 20 | - | 0.38 | 0.38 | - | 0.75 | 0.50 | 0.05 |
Aloi Incoloy 800H | 31 | 0.38 | 46 | 20 | - | 0.38 | 0.38 | - | 0.75 | 0.50 | 0.07 |
Aloi incoloy 825 | 42 | 1.75 | 30 | 22.5 | 3 | 0.10 | 0.90 | - | 0.50 | 0.25 | 0.01 |
Aloi incoloy 925 | 43.2 | 1.8 | 28 | 21 | 3 | 0.35 | 2.10 | - | 0.60 | 0.22 | 0.03 |
Piromet 860 | 44 | - | Bal | 13 | 6 | 1.0 | 3.0 | - | 0.25 | 0.10 | 0.05 |
Nikel-Kromium-Molibdenum |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Aloi hastelloy X | Bal | - | 19 | 22 | 9 | - | - | - | - | - | 0.10 |
Aloi Hastelloy G | Bal | 2 | 19.5 | 22 | 6.5 | - | - | 2.1 | 1.5 | ||
Aloi Hastelloy C-276 | Bal | - | 5.5 | 15.5 | 16 | - | - | - | |||
Aloi hastelloy C | Bal | - | 16 | 15.5 | - |
0.7 | - | ||||
Aloi Inconel 617 | 54 | - | - | 22 | 9 | 1 | - | - | - | - | 0.07 |
Perairan 600 | Bal | - | 17 | 4 | 4.2 | 2.9 | - | - | - | 0.04 |
(1) Aloi Nikel-Kuprum
Aloi ini terkenal dengan ketahanan kakisan yang sangat baik terhadap air laut. Ia telah digunakan sebagai kipas, aci pam, pendesak dan bahan tiub pemeluwap. Yang paling terkenal ialah Monel (Alloy 400). Ia tahan terhadap air garam dan kebal terhadap retakan kakisan tekanan dan berlubang dalam larutan klorida dan alkali kaustik. Ia juga tahan terhadap HF dan media yang mengandungi fluorin.
Aloi monel R-405 telah menetapkan jumlah sulfur untuk ciri pemesinan yang lebih baik. Monel K 500 mempunyai kelebihan dwi iaitu kekuatan mekanikal yang lebih baik dan rintangan kakisan yang sangat baik. Ia boleh mengekalkan kekuatan sehingga 650°C dan kemuluran sehingga 134°C.
(2) Aloi Nikel-Krom-Besi
Aloi ini mengandungi peratusan nikel yang tinggi dan keupayaan yang sangat baik untuk menahan persekitaran pengoksidaan suhu tinggi. Aloi, seperti Inconel 600, 690, 718 dan X750, tergolong dalam kategori ini. Aloi Inconel 600 (Ni 76, Cr 15.5, Fe 8) ialah aloi asas dalam kelas ini dengan rintangan kakisan yang sangat baik pada suhu tinggi (~1092°C). Walau bagaimanapun, ia boleh mengalami hakisan pitting atau celah. Aloi lain dalam keluarga ini termasuk aloi 690 (29% Cr) yang menunjukkan rintangan yang sangat baik terhadap SCC dalam media klorida dan kadar kakisan yang rendah pada suhu tinggi. Ia digunakan dalam relau untuk pemprosesan petrokimia dan dalam unit pengegasan arang batu.
Aloi Inconel X750 mengandungi tambahan aluminium, niobium dan titanium yang membentuk sebatian antara logam, Ni3(Al, Ti) untuk menjadikannya tahan lama dan memberikan kekuatan tinggi. Ia sangat tahan terhadap SCC dalam persekitaran klorida. Ia digunakan dalam turbin gas, sampul vakum, mati penyemperitan dan mata air.
(3) Aloi Nikel-Besi-Kromium
Aloi ini mewakili versi lain aloi Ni-Cr-Fe dan mengandungi 30–44 % nikel. Aloi 800 siri ini telah digunakan secara meluas dalam penukar haba dalam industri petrokimia, kerana ketahanannya yang sangat baik terhadap retakan kakisan tegasan dalam persekitaran klorida dan keretakan dalam asid polithionik. Ia menawarkan rintangan yang sangat baik terhadap rayapan dan pecah. Ia digunakan untuk persekitaran yang tinggi di mana rintangan terhadap pengoksidaan dan kakisan diperlukan. Incoloy 825 telah terbukti sangat berjaya dalam aplikasi dalam H2SO4, HCl, asid fosforik dan air laut yang bersih dan tercemar.
(4) Aloi Nikel-Kromium-Molibdenum
Keluarga aloi ini digunakan terutamanya dalam industri pemprosesan kimia dan mengandungi 45–60% Ni. Hastelloy telah berjaya digunakan dalam aplikasi suhu tinggi (sehingga 1204°C). Siri Hastelloy C telah berkhidmat dalam industri kimia untuk masa yang lama. Versi Hastelloy C yang diubah suai ialah Hastelloy C-276 di mana kandungan silikon dan C dikurangkan dengan ketara (0.005% C, 0.04% Si). Ia digunakan dengan jayanya dalam industri petrokimia. Aloi 625 dan 617adalah aloi kekuatan suhu tinggi dan mempamerkan ketahanan yang tinggi terhadap kakisan. Aloi 625 digunakan secara meluas dalam aplikasi air laut. Ia sangat tahan terhadap retakan kakisan dan tekanan. Aloi lain, seperti Udimet 500, 520, 600 dan 700 mengekalkan kekuatan suhu tinggi sehingga 982°C.
Kesan unsur mengaloi pada rintangan kakisan nikel
Unsur aloi | Sumbangan kepada rintangan kakisan |
Tembaga | Meningkatkan ketahanan terhadap asid bukan pengoksida, asid sulfurik (tidak berudara) dan HF. Penambahan 2–3% Ni menawarkan rintangan yang lebih baik kepada HCl, H2SO4, dan H3PO4. |
Chromium | Meningkatkan ketahanan terhadap asid pengoksidaan (HCl, H2SO4 dan H3PO4) dan pengoksidaan suhu tinggi. |
Untuk | Meningkatkan ketahanan terhadap kakisan pitting dan celah. Kandungan Mo yang tinggi (28%) menunjukkan rintangan yang lebih baik terhadap HCl, H3PO4, H2SO4 dan HF. |
besi | Meningkatkan ketahanan terhadap penyahkarburan. Ia tidak mempunyai peranan dalam peningkatan rintangan kakisan. |
Tungsten | Aloi dengan 3–4% W dalam kombinasi dengan 13–16% Mo, menawarkan ketahanan yang sangat baik terhadap kakisan. Tungsten memberikan rintangan yang tinggi kepada asid bukan pengoksida. |
silikon | Meningkatkan ketahanan terhadap kepekatan panas H2SO4 apabila ditambah dalam jumlah yang lebih besar (9–11%). Ia biasanya ditambah dalam kuantiti yang lebih kecil. |
Kobalt | Meningkatkan daya tahan terhadap pengkarbonan, seperti besi. |
Niobium dan tantalum | Kurangkan rekahan panas semasa mengimpal. |
Aluminium dan titanium | Gabungan menghasilkan skala aluminium yang menentang pengoksidaan dan pengkarbonan. |
Karbon dan karbida | Pembentukan karbida melemahkan ketahanan terhadap kakisan. Ni3C boleh terurai kepada grafit dan dengan itu melemahkan sempadan butiran. |
KERENDAHAN HAKISAN SETEMPAT ALOI NIKEL
1) Retak Kakisan Tegasan
Walaupun aloi nikel pada keseluruhannya menawarkan rintangan yang lebih baik terhadap retakan kakisan tegasan pada keluli, penggunaannya dalam persekitaran klorida atau alkali suhu tinggi dan persekitaran hidrogen sulfida mungkin meletakkannya kepada risiko keretakan kakisan tegasan. Kes-kes SCC telah diperhatikan dalam air bertekanan suhu tinggi dalam turbin penjana wap. Incoloy 800 ialah pilihan yang baik untuk digunakan dalam persekitaran sedemikian. Kelas utama aloi asas nikel mudah terdedah kepada SCC dalam persekitaran alkali (contohnya, NaOH pada 350°C). Aloi 400, 600 dan 800 mungkin tertakluk kepada SCC dalam persekitaran alkali. Aloi 800, 718 dan 600 telah menunjukkan kegagalan dalam reaktor air bertekanan. Meningkatkan kepekatan kromium kepada 30% (contohnya aloi 690) meningkatkan rintangan kepada SCC. Faktor berikut menggalakkan SCC:
(a) Suhu melebihi 205°C.
(b) pH rendah
(c) Kehadiran H2S dan tahap tekanan yang tinggi. Walaupun terdapat risiko, aloi nikel menawarkan risiko minimum terhadap SCC.
2) Hakisan Antara Butiran
Nikel-besi-kromium (sebagai contoh, aloi 800) dan nikel-kromium-besi (aloi 600) mungkin menjadi sensitif oleh pemendakan kromium karbida dan tertakluk kepada kakisan antara butiran dalam persekitaran yang sangat pengoksidaan. Julat karbida dalam kimia adalah daripada Cr23C6 dalam aloi nikel ringkas kepada Cr21(Mo, N)C2C6 dalam aloi yang mengandungi Mo dan W. Aloi 600 dan 800 mungkin terdedah kepada serangan antara butiran. Kawalan unsur, seperti fosforus, karbon, nitrogen dan niobium, dan meminimumkan pengasingan mereka, mengurangkan kerentanan kepada serangan antara butiran dan meminimumkan risiko SCC.
3) Kerosakan Hidrogen
Seperti keluli tahan karat, beberapa aloi nikel mungkin gagal oleh pereputan hidrogen. Aloi Inconel X750 dilaporkan mudah terdedah kepada kerosakan hidrogen.
KETAHANAN TERHADAP PERSEKITARAN AIR
Nikel dan aloinya diketahui menawarkan ketahanan yang luar biasa terhadap kakisan dalam air suling, air tawar, air ketulenan tinggi dan dalam sistem air panas wap. Sebagai contoh, aloi Monel 400 digunakan secara meluas dalam injap, pam, aci kipas, pemanas air suapan dandang dan penukar haba. Aloi 600 dan 690 digunakan dalam penjana wap nuklear untuk menghalang SCC. Pitting aloi nikel-kuprum mungkin disebabkan oleh air lembut.
Rintangan kakisan aloi nikel telah diterokai secara meluas dalam air laut dan air masin (air payau). Walaupun keluli tahan karat 316 dikenali untuk menahan pitting dalam air laut, keluli tahan karat, secara amnya, terdedah kepada pitting di zon pasang surut air laut. Aloi nikel, lebih mahal daripada keluli, telah digunakan secara meluas dalam perkhidmatan air laut. Aloi Inconel 625 menawarkan ketahanan yang sangat baik terhadap kakisan dalam air laut. Ia juga menawarkan rintangan yang sangat baik terhadap SCC. Aloi nikel paling baik digunakan untuk aci pam, badan dan pendesak manakala bahan lain, seperti 90–10 Cu-Ni dan keluli austenit digunakan untuk bahagian lain, seperti penukar haba dan injap. Jadual 9.47 menunjukkan klasifikasi aloi nikel terpilih dalam perkhidmatan air laut.
Rawatan haba
Aloi berasaskan nikel larutan pepejal biasanya digunakan dalam keadaan annealed atau annealed dan bekerja sejuk. Aloi ini tidak direka untuk pengukuhan dengan rawatan haba.
Sifat mekanikal
Kekuatan hasil maksimum dikawal oleh komposisi aloi, ciri kerja sejuk aloi, kekuatan hasil maksimum yang dibenarkan oleh aplikasi, dan kemuluran yang ditentukan. Kekuatan hasil suhu bilik boleh berkisar antara 210 hingga 1380 MPa (30 hingga 200 ksi), bergantung pada komposisi dan tahap kerja sejuk. Kekuatan hasil minimum untuk tiub biasanya dalam julat 760–970 MPa (110–140 ksi). Selongsong dan pelapik selalunya mempunyai kekuatan hasil yang lebih tinggi.
Fabrikasi
Aloi anil boleh dikimpal menggunakan GTAW, SMAW, GMAW, SAW dan FCAW.
Aloi kerja sejuk biasanya tidak dikimpal kerana kekuatan mekanikal kimpalan akan lebih rendah daripada kawasan kerja sejuk. Sifat mekanikal tiub kerja sejuk, terutamanya dalam bahagian yang lebih tebal, boleh berbeza-beza mengikut bahagian.
Aloi nikel tinggi lebih terdedah kepada kecacatan tuangan seperti koyakan panas, retak, keliangan dan gas. Kecacatan ini boleh muncul pada mana-mana peringkat proses pembuatan seperti goncangan, rawatan haba, pemesinan atau ujian tekanan akhir. Walaupun aloi nikel tinggi tempa dikimpal secara rutin dan ada juga yang bermuka keras, mengimpal aloi tuang adalah jauh lebih sukar. Spesifikasi ketat yang dibangunkan dengan kerjasama rapat dengan faundri biasanya digunakan untuk mengoptimumkan kebolehkimpalan dan integriti tuangan. Untuk pengeluaran tuangan berkualiti baik, proses faundri, kualiti bahan mentah, komposisi bahan pengisi, prosedur pembaikan kimpalan, dan rawatan haba dikawal dan dipantau dengan rapi.
Pemendakan aloi berasaskan nikel boleh keras
Aloi kromium nikel boleh dikeraskan kerpasan selalunya mengandungi sejumlah besar besi (Fe); aloi ini digunakan untuk rintangan kakisan, kekuatan yang lebih tinggi, dan kebolehkimpalan yang sangat baik.
Rawatan haba aloi nikel PH
Aloi ini biasanya digunakan dalam keadaan sepuh-sepuh larutan, sepuh-sepuh larutan dan berumur, kerja panas dan tua, atau keadaan kerja sejuk dan tua.
Dalam aplikasi gas masam, rawatan haba UNS N07718 biasanya dipilih untuk memberikan keliatan yang baik, kekuatan hasil dan rintangan kakisan. Anil larutan diikuti dengan penuaan satu langkah sering digunakan. Untuk aplikasi gas masam, UNS N07716 dan N07725 adalah larutan-anil dan berumur.