Hva skiller nikkelbaserte legeringer
Nikkel er et sølvhvitt ferromagnetisk metall med en tetthet på 8,9 g/cm3 og et smeltepunkt på ca. 1455 C. Det er basen i en familie av legeringer som velges når karbonstål og rustfritt stål ikke kan overleve en kombinasjon av sterke alkalier, forhøyet temperatur og aggressive halogenidmiljøer. Nikkel danner også ryggraden i mange magnetiske materialer og er et viktig legeringselement i rustfritt stål, lavlegert konstruksjonsstål og myke magnetiske legeringer.
Ulegert nikkel brukes til å produsere nikkelkadmium og nikkelmetallhydridbatterielektroder og nikkelnett, og det forbrukes i store volumer av elektropletterings- og katalysatorindustrien. Kommersiell nikkelplate, plate, stang og rør leveres under spesifikasjoner, inkludert ASTM B162 for plate, plate og strimmel, ASTM B160 for stang og stang og ASTM B161 for sømløse rør og rør.
Korrosjon og oksidasjonsadferd
Nikkel motstår oksidasjon fordi det dannes en tynn nikkeloksidfilm på overflaten i luft og begrenser videre reaksjon. I praksis motstår kommersielle renhetsgrader kjemisk eksponering i flere tiår, og publiserte data for nikkel med høy renhet viser svært lave generelle korrosjonshastigheter i sterkt alkalisk bruk. I 50 prosent kokende kaustisk soda forblir rapporterte korrosjonshastigheter for ulegert nikkel i området på titalls mikrometer per år, noe som er grunnen til at kaustiske fordampere, lagerbeholdere og overføringslinjer ofte bygges av nikkel i stedet for stål.
Nikkel er også mer tolerant for reduserende syrer og halogenholdige strømmer enn mange alternativer, selv om det ikke er egnet for sterkt oksiderende syreservice. Lavkarbonkvaliteten UNS N02201 begrenser karbon til ca. 0,02 prosent slik at den kan brukes over 315 C uten grafitisering, mens standardkvaliteten UNS N02200 velges ved lavere temperaturer der høyere styrke er nyttig.
Oversikt over applikasjoner
| Industri | Typisk plikt | Årsak til valg |
|---|---|---|
| Alkali- og kloralkaliproduksjon | Kaustiske fordampere, innvendig reaktor, rør | Svært lav korrosjonshastighet i varm konsentrert kaustisk soda |
| Syntese av organisk klorid | Reaktorer, varmevekslere, ventiler | Motstand mot halogen- og saltholdige strømmer |
| Matforedling | Fartøy, overføringslinjer, håndteringsutstyr | Rengjør korrosjonsbestandig overflate uten produktforurensning |
| Elektronikk og instrumentering | Elektroder, batterideler, skjermer | Magnetisk og elektrisk oppførsel kombinert med formbarhet |
| Vannbehandling | Kaustisk dosering og alkalisk serviceutstyr | Dimensjonsstabilitet i sterkt alkaliske medier |
Mekaniske og fabrikasjonsegenskaper
Nikkel kombinerer god styrke med høy duktilitet og kan kaldformes, dyptrekkes og sveises ved bruk av konvensjonelle prosesser. Dens ansiktssentrerte kubiske struktur beholder seighet ved lav temperatur, slik at metallet ikke viser en skarp duktil til sprø overgang. Myke magnetiske nikkellegeringer, som lett magnetiseres under et eksternt felt og mister mesteparten av sin magnetiske induksjon når feltet er fjernet, brukes i transformatorer, sensorer og magnetisk skjerming.
Store tonnasjer nikkel går inn i austenittisk rustfritt stål, hvor det stabiliserer austenittfasen, forbedrer seigheten og bidrar til korrosjonsbestandighet. Nikkelbærende legeringskonstruksjonsstål bruker elementet for å forbedre herdbarheten og seighet ved lav temperatur, og nikkel er også et standardtilskudd i varmebestandige legeringer som må holde styrke ved høy temperatur.
Karakterutvalg og tjenestegrenser
UNS N02200, standard nikkelkvalitet, for alkalisk og nøytral bruk ved moderat temperatur.
UNS N02201, lavkarbonklasse, for høytemperaturservice over 315 C der grafitisering må unngås.
Nikkelbaserte korrosjonsbestandige legeringer for å redusere media og halogenholdige miljøer.
Nikkelbaserte varmebestandige legeringer for høy temperaturstyrke og oksidasjonsmotstand.
Nikkellegeringspulver og anoder for batteri, galvanisering og katalysatorproduksjon.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hva er tettheten og smeltepunktet til nikkel?
Nikkel har en tetthet på ca. 8,9 g/cm3 og smelter ved ca. 1455 C, som er grunnen til at det er gruppert med ingeniørmetaller med høyere smeltepunkt.
Spørsmål: Hvilken nikkelkvalitet brukes over 315 C?
Lavkarbonkvaliteten UNS N02201, med et maksimalt karboninnhold nær 0,02 prosent, er spesifisert for bruk ved høy temperatur for å unngå grafitisering av korngrensene.
Spørsmål: Hvorfor velges nikkel i stedet for rustfritt stål for kaustisk service?
Rustfritt stål kan lide av kaustisk spenningskorrosjon i varm konsentrert kaustisk soda, mens ulegert nikkel viser svært lave korrosjonshastigheter i samme miljø.
Spørsmål: Er nikkel magnetisk?
Ja. Nikkel er ferromagnetisk og mister denne oppførselen over Curie-temperaturen, som er godt under smeltepunktet, så magnetisk respons avhenger av driftstemperaturen.
Spørsmål: Hvordan leveres kommersiell nikkel?
Plate, plate og stripe er bestilt til ASTM B162, stang og stang til ASTM B160, og sømløse rør og rør til ASTM B161, i UNS N02200 eller N02201 kvaliteter.
Spørsmål: Hvor går mesteparten av nikkelproduksjonen?
Den største andelen forbrukes som legeringselement i rustfritt og legert stål, etterfulgt av plettering, batterier, katalysatorer og korrosjonsbestandig kjemisk anleggsutstyr.
