Co jsou trubky z niklové slitiny?
Trubky ze slitin na bázi niklu se používají tam, kde nerezové oceli již nepřežijí: silné redukční kyseliny, roztoky obsahující chlorid, mokrý chlór, horká kyselina fosforečná a další agresivní chemická prostředí. Na rozdíl od nerezových ocelí Cr-Ni a Cr-Ni-Mo na bázi železa si tyto slitiny udržují stabilní povrch odolný proti korozi v oxidačních i redukčních podmínkách a zachovávají si užitečnou pevnost a tažnost od kryogenních teplot až po vysoké procesní teploty. V chemickém zařízení spadají do tří praktických rodin a rodina určuje, jakou chemii trubice snese.
Tři rodiny a jejich třídy
| Rodina | Třída UNS | Jmenovité složení | Typická povinnost |
|---|---|---|---|
| Ni-Mo | N10001, N10665, N10675 | Asi 26-30% Mo, zbytek Ni | Kyselina chlorovodíková a sírová v redukčních podmínkách |
| Ni-Cr-Mo | N10276, N06455, N06022, N06200 | Asi 15-17 % Mo, 15-23 % Cr, zbytek Ni | Směsné oxidační a redukční kyseliny, vlhký chlor, chloridy |
| Ni-Cr-Fe-Mo-Cu | N06985, N06975, N06030 | Asi 21-31% Cr s přídavky Fe, Mo a Cu | Horká kyselina sírová a fosforečná, smíšený kyselý útok |
V rámci rodiny Ni-Mo starší třída N10001 odolává kyselině chlorovodíkové v celém rozsahu koncentrací až do bodu varu, ale je náchylná ke korozi v zóně ovlivněné teplem svařování a vyžaduje tepelné zpracování po svařování. Pozdější třída N10665 omezuje železo, uhlík a křemík, takže je lze použít ve svařeném stavu, ale po dlouhé expozici mezi zhruba 600 a 800 stupni Celsia zkřehne kvůli uspořádaným intermetalickým fázím. Třída N10675 byla vyvinuta pro zlepšení této tepelné stability. Do rodiny Ni-Cr-Mo byl přidán chrom, aby byl také odolný vůči oxidačním kyselinám: N10276 nabízí širokou odolnost vůči oxidačním a redukčním médiím, N06455 nabízí určitou stabilitu při vysokých teplotách pro lepší svařitelnost a N06022 poskytuje zlepšenou odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi spolu se stabilnější mikrostrukturou v tepelně ovlivněné zóně. Rodina Ni-Cr-Fe-Mo-Cu se zhruba 21 až 31 % Cr byla vytvořena pro použití s horkými kyselinami a jakost s vysokým obsahem chromu N06030 je zavedenou volbou pro průmyslovou kyselinu fosforečnou.
Kontrola chemického složení a mechanických vlastností
Složení je přísně kontrolováno, protože malé změny uhlíku, křemíku a železa rozhodují o tom, zda svarová zóna přežije. Například typická třída Ni-Cr-Mo trubek obsahuje uhlík na 0,015 % nebo méně a křemík na maximu 0,08 %, aby se omezilo srážení na hranicích zrn, s přibližně 14,5 až 16,5 % Cr, 15,0 až 17,0 % Mo a 3,0 až 4,5 % W. Třídy Ni-Mo, chróm a 6 obsahují jen málo nebo 3 % chrómu svařované varianty drží uhlík pod 0,02 % a křemík na nebo pod 0,10 %. Trubky jsou dodávány ve stavu rozpouštěcím žíháním a jsou testovány na pevnost v tahu, mez kluzu a tažnost s minimálními hodnotami uvedenými v příslušné specifikaci produktu ASTM; třídy odolné proti korozi jsou typicky specifikovány s minimální pevností v tahu řádově 690 MPa a minimální mezí kluzu blízkou 280 MPa za těchto podmínek. Požadavky na korozní zkoušky, velikost zrna a tvrdost jsou objednány po dohodě pro kritické služby.
Normy a formuláře produktů
Bezešvá trubka a trubka z niklové slitiny je objednána podle ASTM B622, zatímco svařovaná trubka je pokryta normou ASTM B626 a svařovaná trubka podle ASTM B619; obecné požadavky na trubky a trubky z niklové slitiny jsou konsolidovány v ASTM B775 a kované tvarovky v ASTM B564. Pro tlaková zařízení platí ekvivalenty ASME, jako je SB-622 a SB-626. Rozsah velikostí, tolerance tloušťky stěny, povrchová úprava, zkoušení vířivými proudy a hydrostatické zkoušky jsou specifikovány v normě, takže kupující by měl na dotaz uvést vnější průměr, tloušťku stěny, délku, jakost, stav a úroveň kontroly.
Výroba, svařování a aplikace
Tyto slitiny rychle tvrdnou, takže ohýbání a rozšiřování trubek by mělo být prováděno v žíhaném stavu s velkými poloměry a nízkými rychlostmi tváření. Svařování se normálně provádí s odpovídajícím přídavným kovem, nízkým tepelným příkonem, řízenou interpass teplotou a pečlivě čistými povrchy, protože síra, olovo a další nečistoty s nízkou teplotou tání způsobují praskání. Zejména typy Ni-Mo vyžadují odpovídající chemii a u starší třídy tepelné zpracování po svařování. Typické aplikace zahrnují výměníky tepla a kondenzátory pro manipulaci s chloridy, vnitřní části reaktorů a kolon v chemických závodech, zařízení pro odsíření spalin a kontrolu znečištění, potrubí pro farmaceutické procesy a zařízení pro manipulaci se směsnými kyselinami. Správná třída se volí ze specifického média, koncentrace a teploty spíše než z obecné tabulky koroze, protože korozní chování se prudce mění s malými změnami v oxidační síle.
FAQ
Otázka: Jak si mohu vybrat mezi Ni-Mo a Ni-Cr-Mo trubicí?
Pokud je médiem redukční kyselina, jako je kyselina chlorovodíková nebo zředěná kyselina sírová, normálně se používá Ni-Mo. Pokud médium oxiduje nebo se střídá mezi oxidačními a redukčními podmínkami nebo obsahuje chloridy, poskytuje třída Ni-Cr-Mo širší provozní okno.
Otázka: Která norma se vztahuje na bezešvé trubky z niklové slitiny?
ASTM B622 pokrývá bezešvé trubky a trubky z niklu a slitiny niklu a kobaltu. Svařovaná trubka je pokryta normou ASTM B626, svařovaná trubka normou ASTM B619 a obecné požadavky normou ASTM B775.
Otázka: Proč je někdy nutné tepelné zpracování po svařování?
Starší druh Ni-Mo tvoří citlivou zónu vedle svaru a tam může utrpět přednostní napadení, takže svar je tepelně zpracován. Verze s nízkým obsahem uhlíku a křemíku byly vyvinuty speciálně tak, aby nádoby a potrubí mohly být použity ve svařeném stavu.
Otázka: Jsou trubky ze slitiny niklu odolné proti praskání korozí způsobené chloridy?
Ano. Slitiny na bázi niklu jsou výrazně odolnější vůči chloridovému koroznímu praskání než austenitické nerezové oceli, což je jeden z důvodů, proč jsou vybrány pro použití s obsahem chloridů a mokrého chlóru.
Otázka: Co by mělo být specifikováno při objednávání trubek z niklové slitiny?
Třída podle čísla UNS, normy produktu, vnějšího průměru, tloušťky stěny, délky, dodacího stavu, požadavku na korozní zkoušku a úrovně kontroly. Na objednávce by měla být uvedena také čistota a nepřítomnost usazeného železného nebo měděného znečištění.
