Havacılık ve Uzay'dan Enerji Santrallerine: Nikel Alaşımlarının Önemli Endüstrileri Nasıl Güçlendirdiği

Nikel alaşımları altı farklı nedenden dolayı altı endüstride karşımıza çıkar ve bu fark, alıcının hangi kaliteden sipariş vermesi gerektiğini belirler. Bir jet motorunda, uçuş döngüsünde denetlenen sıcak bir bölümdeki yorgunluk ve sürünme sınırdır. Bir enerji santralinde, 600 °C veya üzerinde buhar oksidasyonu ve sürünmedir. Deniz suyunda hız, yarık geometrisi ve biyolojik kirlenmedir. Bir kimya tesisinde, oksitleyici ve indirgeyici asitler arasındaki dengedir. Bir kuyuda, sülfürlü servis ve sertliktir. Bir wafer fabrikasında saflıktır.

Bu sayfa, bu görevlerin her birini normalde seçilen kaliteye, tedarik edildiği forma, onu yöneten standarda ve ömrünü sona erdiren mekanizmaya eşler. Haritanın amacı, aynı alaşım numarasının altı endüstride farklı davrandığı ve bir endüstriden diğerine mekanizma eklenmeden taşınan bir spesifikasyonın, kimsenin planlamadığı bir şekilde başarısız olacak bir spesifikasyon olduğudur.

Tablo bir yönlendirme tablosudur, sıralama tablosu değildir. Her satır, malzemeyi belirleyen hizmet koşulunu, normalde belirtilen kalite ailesini, aldığı formu, yöneten spesifikasyonu ve bakım aralığını belirleyen arıza modunu adlandırır.

Havacılık, nikel alaşımının korozyon için değil, sıcaklıkta mukavemet için seçildiği endüstridir. Hacmin çoğunu taşıyan iki kalite zıt şekillerde davranır ve bunları karıştırmak sektördeki en yaygın spesifikasyon hatasıdır.

Alaşım 718, yüksek akma mukavemeti ve sıcaklıkta iyi yorgunluk direnci sağlayan bir gama çift primeri ile güçlendirilir. Bu primer, yaklaşık 650 °C'de bir solvusa sahiptir, bu nedenle alaşım normalde o sıcaklığa kadar kullanılır ve faz kabaştığında ve güçlenme kaybolduğunda avantajını kaybeder. Alaşım ayrıca, koruyucu bir ölçek oluşturmak için 625'e kıyasla yavaştır, bu nedenle mukavemetin belirleyici olduğu ve oksidasyonun yönetilebilir olduğu yerlerde kullanılır.

Alaşım 625, molibden ve niyobyum aracılığıyla katı çözelti ile güçlendirilir ve primer aracılığıyla değil, bu nedenle oksidasyon direncini çok daha yüksek bir sıcaklığa kadar korur, havada yaklaşık 980 °C'ye kadar yayınlanmış dirence sahiptir. 650 °C'deki mukavemeti 718'den düşüktür, bu nedenle egzoz donanımı, kanallama ve sac bileşenler için seçilir, burada oksidasyon ve termal döngü baskındır.

Satın alma sonucu, iki kalitenin birbirinin yerine geçemeyeceği ve her iki yönde de bir ikamenin, boyut kontrolünü geçen ancak farklı bir testi geçemeyen bir parça ürettiğidir. 625 ile değiştirilen bir 718 parçası, sıcak bölümde mukavemet kaybeder. 718 ile değiştirilen bir 625 parçası, egzozda mukavemet kazanır ve oksidasyon direncini kaybeder. Her iki ikame de bir sertifikada makul görünür ve mühendislik onayı olmadan hiçbiri kabul edilemez.

Bu sektörde bakım aralığını belirleyen arıza, gerilme konsantrasyonunda düşük döngülü yorgunluktur, genellikle bir fileto veya soğutma deliği, ve metal sıcaklığı yükseldiğinde sürünme ikinci mekanizma haline gelir. Bu nedenle havacılık alımı, tane akışı, temizlik ve primer üreten ısıl işlem üzerinde belirtilir ve sadece bileşimi taşıyan bir sertifikanın parça için yeterli olmamasının nedeni budur.

Enerji üretimi, nikel alaşımının çeliğin sıcaklık sınırını aştığı endüstridir. Mevcut ultra-süperkritik filolar, yaklaşık 600 °C'de buharla çalışır ve o sıcaklıkta kalın kesitli bileşenler %9 ila %12 krom martensitik çeliklerden yapılır. Bu çelikler ana buhar borusunu ve kollektörü taşır ve nikel alaşımları o sıcaklıkta henüz varsayılan değildir.

Adım değişimi 700 °C ve üzerinde, gelişmiş ultra-süperkritik tasarımlarda gelir. Bu sınıftaki buhar sıcaklıkları 700 °C ila 760 °C arasında değişir ve süper ısıtıcı ve yeniden ısıtıcı boruları artı ana buhar borusu nikel bazlı alaşımlara geçer, 740 ve 740H tam olarak bu görev için geliştirilmiştir. Nedeni buhar tarafı oksidasyonudur: o sıcaklıklarda ferritik bir çelik, dökülen bir oksit tabakası oluşturur ve dökülen oksit türbini aşağı akışta aşındırır.

Bu sektörde tasarımı belirleyen arıza, buhar tarafı oksidasyonu ve dökülmesinin önlediği boru duvarında sürünme kopmasıdır. 600 °C'lik bir kazan için nikel alaşımı belirten bir alıcı muhtemelen tesisin aşırı spesifikasyonunu yapmıştır ve 700 °C'de ferritik çelik tutan bir alıcı ise yetersiz spesifikasyon yapmıştır. Sıcaklık sınıfı spesifikasyonun ilk satırıdır ve alaşım onu takip eder.

İkinci sonuç, enerji santrali alımının bir basınç sınırı alımı olmasıdır. Boru, tasarım basıncı, sıcaklıkta izin verilen gerilme ve ısıya izlenebilirlik için kod gereksinimlerini taşır ve bu gereksinimler alaşım spesifikasyonunun yanında ve içinde değil, yanında oturur. Kaliteyi sağlayabilen ancak kodun istediği belgeleri sağlayamayan bir değirmen bu sektöre tedarikçi değildir.

Deniz suyu, fiyat üzerinden yapılan malzeme seçimini en sık bozan ortamdır. Sıçrama bölgesindeki 316 paslanmaz bağlantı elemanı çukurlaşır ve çukurlaşma, oksijen hücresinin oluştuğu bir conta veya birikinti altında başlar. Bu sektöre hizmet veren nikel alaşımları, belirli bir geometri ve belirli bir hız için seçilir ve genellikle geometri belirleyici faktördür.

Nikel-bakır alaşımı olan Monel 400, deniz suyu donanımı için geleneksel seçimdir: pompa milleri, çarklar, vana trimleri ve bağlantı elemanları. Akan deniz suyuna iyi direnir ve östenitik paslanmaz çeliklerin yaptığı klorür gerilme korozyonu çatlamasından muzdarip olmaz. Zayıflığı durgun veya düşük hızlı deniz suyudur, burada conta altında yarık saldırısı başlayabilir ve mukavemeti orta düzeydedir.

Monel K500, alüminyum ve titanyum eklenmiş aynı ailedendir, daha yüksek mukavemete yaşla sertleştirilmiştir ve deniz suyu görevinin aynı zamanda mekanik bir yük taşıdığı yerlerde kullanılır, örneğin pompa mili veya cıvata uygulaması. Karşılığı, daha yüksek mukavemetin, aynı parçanın hidrojen sülfür de görüyorsa sülfürlü servis sınırına karşı kontrol edilmesi gereken bir sertlikle gelmesidir.

C276, klorür seviyesinin yükseldiği ve geometrinin boşaltılamadığı, yarık koşulları ve karışık klorür görevi dahil olmak üzere bu sektöre girer. Deniz suyunda Monel 400 için genel bir ikame değildir, çünkü daha pahalıdır ve nikel-bakır alaşımının bu sektörün kullandığı şekillerde işlenmesi ve kaynaklanması daha kolaydır. Seçim, daha pahalı bir kalite tercihinden değil, yarıktan ve klorür konsantrasyonundan kaynaklanır.

Kimya endüstrisi, tek bir kelimenin alaşımı belirlediği yerdir ve bu kelime, ortamın oksitleyici mi yoksa indirgeyici mi olduğudur. C276, tungsten içeren bir nikel-molibden-krom alaşımıdır ve kimyasal proses görevinde, klorürler ve kükürt içeren ortamlar dahil olmak üzere ortaya çıkan karışık ve indirgeyici asitler için tasarlanmıştır. Bu hizmetteki reaktörler, kaplar ve borular için standart cevaptır.

Alaşımın genellikle gözden kaçan bir sınırı vardır. C276, molibden'e indirgeyici asit direnci ve krom'a pasif film için dayanır ve güçlü oksitleyici ortamlarda film tutamaz. Nitrik asit ve ıslak klor, C276'nın yanlış seçim olduğu ve bunun yerine C22 veya 625 gibi daha yüksek kromlu bir alaşımın belirtildiği klasik örneklerdir. Hidroklorik asit hattından nitrik asit hattına bir C276 spesifikasyonu taşıyan bir alıcı, kaliteyi taşımış ve kimyayı geride bırakmıştır.

Bu sektördeki arıza modu nadiren üniform korozyondur. Kaynakta, borunun durgun bir uzunluğunda veya bir birikinti altında lokalize saldırı ve klorürlerin yoğunlaştığı ve metalin çekme gerilimi taşıdığı yerlerde gerilme korozyonu çatlamasıdır. Bu nedenle kimya tesisi spesifikasyonu, alaşımın yanı sıra kaynak prosedürünü ve kaynak sonrası durumu içerir ve sadece bir değirmen sertifikasının soruyu kapatmamasının nedeni budur.

Petrol ve gaz, diğer sektörlerin aynı şekilde taşımadığı bir arıza mekanizması ekler: sülfürlü gerilme çatlaması. Hidrojen sülfür, su ve çekme gerilimi varlığında sert bir çeliği veya sert bir nikel alaşımını çatlatabilir ve endüstri bunu bir kalite adı yerine bir standartla kontrol eder. NACE MR0175 ve ISO 15156, sülfürlü serviste kullanılabilecek malzemeler için izin verilen sertliği ve çevresel sınırları belirler.

C276 ve 625, valfler, borular ve dövme parçalar dahil olmak üzere ıslak sülfürlü bileşenlerde kullanılır ve her ikisi de standardın uygulama için belirlediği sertlik sınırına tabidir. Bir satın alma için pratik sonuç, spesifikasyonun sülfürlü servis gereksinimini belirtmesi gerektiğidir, çünkü bileşimi karşılayan ancak sertlik sınırını aşan bir kalite, doğru alaşım olmasına rağmen o kuyuda kabul edilemez.

Bu sektördeki ikinci mekanizma, bir birikinti altında çukurlaşmadır ve genel bir korozyon testini geçen aynı bileşenlerde görünür. Bunu önleyen spesifikasyon, klorür seviyesini, sıcaklığı ve oksijen varlığını adlandırır, çünkü küçük bir oksijen girişi korozyon modunu değiştirir ve alaşım seçimini etkiler. Bu üç soruyu sormayan bir teklif, sülfürlü servis parçası için fiyatlandırma yapmamıştır.

Yarı iletken endüstrisi, tamamen farklı bir nedenle aynı nikel alaşımlarını kullanır. Bir oda bileşeni mukavemet için sıcaklıkta seçilmez ve deniz suyu için seçilmez. İşlem gazına direnmesi ve metali işleme bırakmaması nedeniyle seçilir. 625 ve C276, oda gövdelerinde, astarlarında, gaz dağıtım donanımında ve ıslak işlem parçalarında bulunur ve yüksek saflıkta nikel, iletkenlik ve korozyon direncinin birlikte gerektiği ıslak yolda bulunur.

Yöneten gereksinim yüzey kimyası ve partikül salınımıdır. Alaşım spesifikasyonunu karşılayan ve kirli bir yüzey taşıyan bir parça, partikül sayımında başarısız olur ve yanlış inklüzyon içeriğine sahip bir parça, iz metal analizinde başarısız olur. Bu nedenle satın alma, ergitme pratiğini, yüzey işlemini, temizliği ve ambalajlamayı belirtir ve bunları ürünün bir parçası olarak ele alır, kullanım talimatları olarak değil.

Bu, bir değirmen sertifikası ile nitelikli bir parça arasındaki boşluğun en geniş olduğu sektördür. Bir sertifika, bir ısının bileşimini doğrulayabilir ve parçanın partikül salmayacağını doğrulayamaz, bu nedenle nitelik, bitmiş bileşen üzerinde çalışır ve malzeme spesifikasyonu sadece giriş koşuludur.

Tablo, her kalite için güçlendirme mekanizmasını belirtir, çünkü mekanizma tek bir sıcaklıktan daha iyi bir tavanı açıklar. Bir kalitenin neden durduğunu anlayan bir alıcı, bir teklif beklemek zorunda kalmadan bir uygulamanın yayınlanan aralığın içinde mi yoksa dışında mı olduğunu söyleyebilir.

Dördüncü sütunu gerçek tavan olarak okuyun. Bir kalite tek bir sıcaklıkta durmaz ve durma noktası mekanizmaya göre değişir: kabaşan bir primer, oluşamayan bir pasif film, boşaltılamayan bir yarık veya bir standardı aşan bir sertlik. Bunların her biri farklı bir sorudur ve her birinin spesifikasyonda farklı bir cevabı vardır.

Korozyon, oranıyla değil, moduyla tanımlanır, çünkü mod alaşımı belirler. Tablo, modu normalde seçilen kaliteye ve onu bozan koşula eşler.

Aşağıdaki altı parametre, endüstriler arasında kaliteyi veya kabul testini değiştirenlerdir. Genel bir sorgulama kontrol listesi değildir ve her biri, dışarıda bırakılmasının farklı bir malzeme veya farklı bir test sonucu ürettiği için vardır.

DLX, yukarıda adı geçen nikel alaşımlarını Changzhou, Jiangsu'dan tel, çubuk, şerit, sac ve boru formlarında, altı endüstrinin talep ettiği koşullarda tedarik eder: havacılık ve yüksek mukavemetli donanım için 718, oksidasyon ve klorür görevi için 625, kimyasal ve sülfürlü servis için C276, deniz donanımı için Monel 400 ve K500 ve aynı tesislerin ısıtma tarafı için direnç kaliteleri.

Tedarik, her kalite için geçerli ASTM spesifikasyonuna karşı, talep üzerine EN 10204 3.1 sertifikası ile sunulur ve sertifika, ısının geri izlenebilmesi için onu veren değirmeni adlandırır. Boyut aralıkları, kaliteye ve forma bağlı olarak 0,025 mm telden 50 mm çubuğa kadar değişir ve standart olmayan bir boyut veya adlandırılmış bir koşul, bir katalog seçimi değil, bir çizim ve paketleme kararıdır.

İki aile arasında soru cevaplanamaz, çünkü farklı görevler için güçlendirilirler. 718 çökelme sertleştirilmiştir ve yaklaşık 650 °C'ye kadar yüksek akma mukavemeti taşır, bu da onu sıcak yapısal bir parçada daha güçlü seçim yapar. C276, karışık asitlerde korozyon için optimize edilmiş bir katı çözelti alaşımıdır ve mukavemeti satın alınmasının nedeni değildir. Karşılaştırma, sadece parçayı sınırlayan mekanizma adlandırıldığında anlamlıdır.

Çünkü %9 ila %12 krom martensitik çelikler o sıcaklıkta kalın kesitli bileşenleri taşır ve mevcut ultra-süperkritik filolar bunların etrafında inşa edilmiştir. Nikel alaşımları 700 °C ve üzerinde varsayılan hale gelir, burada buhar tarafı oksidasyonu ve sürünme ferritik çelikleri menzil dışına çıkarır ve gelişmiş ultra-süperkritik tasarımlar 740 ve 740H gibi alaşımlara geçer. Sıcaklık sınıfı belirler ve alaşım onu takip eder.

Aynı şekilde değil. Östenitik paslanmaz çelikler, deniz suyunda klorür gerilme korozyonu çatlamasına ve yarık saldırısına duyarlıdır ve sıçrama bölgesindeki 316 bağlantı elemanları bilinen bir arızadır. Monel 400, akan deniz suyu ve deniz donanımı için seçilen bir nikel-bakır alaşımıdır ve kendi sınırı deniz suyunun kendisi değil, durgun yarıktır. İkame, arıza modunu değiştirir ve onu ortadan kaldırmaz.

Çünkü korozyon direnci, güçlü oksitleyici bir ortamda tutunamayan krom açısından zengin bir pasif filme dayanır. C276, indirgeyici asit direnci için molibden etrafında inşa edilmiştir ve aynı bileşim, kimya oksitleyici hale geldiğinde bir zayıflıktır. Nitrik asit ve ıslak klor, C22 veya 625 gibi daha yüksek kromlu bir alaşımın belirtildiği standart örneklerdir.

Güçlendirme mekanizması ve dolayısıyla tavan. 718, yaklaşık 650 °C'ye kadar daha yüksek mukavemet ve iyi yorgunluk direnci sağlayan bir gama çift primeri ile sertleştirilir ve bunun üzerinde kabaşır. 625, katı çözeltide güçlendirilir ve havada yaklaşık 980 °C'ye kadar oksidasyon direncini korur, 650 °C'de daha düşük mukavemete sahiptir. Biri sıcaklıkta mukavemet için, diğeri oksidasyon ve korozyon için seçilir.

Parçanın sona ermesi beklenen mekanizma. Sıcak bir yapısal parça yorgunluk ve sürünme ile sınırlıdır, bir kazan borusu buhar oksidasyonu ve sürünme ile, bir deniz suyu bağlantı elemanı yarık saldırısı ile, bir kimyasal kap ortamın oksitleyici veya indirgeyici karakteri ile, bir kuyu bileşeni sülfürlü gerilme çatlaması ile ve bir oda parçası partikül salınımı ile sınırlıdır. Bu mekanizma adlandırıldığında, kalite ailesi ve kabul testi takip eder ve bir tedarikçiye cevaplanabilir bir soru sorulabilir.

Başlık havacılıktan enerji santrallerine kadar uzanır ve bu yolculuğun kullanışlı versiyonu, logo değişikliği değil, mekanizma değişikliğidir. Havacılık yorgunluk ve sürünme ile sınırlıdır. Enerji üretimi 600 °C ve üzerinde buhar oksidasyonu ve sürünme ile sınırlıdır. Denizcilik yarık ve hız ile sınırlıdır. Kimyasal görev, ortamın oksitleyici veya indirgeyici karakteri ile sınırlıdır. Petrol ve gaz, sülfürlü gerilme çatlaması ile sınırlıdır ve yarı iletken görevi saflık ile sınırlıdır.

Beş kalite bu haritanın çoğunu kapsar ve her biri farklı bir nedenle durur: kabaşan bir primer, oluşamayan bir pasif film, boşaltılamayan bir yarık veya bir standardı aşan bir sertlik. Kaliteyi adlandırıp mekanizmayı eksik bırakan bir spesifikasyon, bir malzeme adlandırmış ama bir parça değil. Her ikisini de adlandıran bir spesifikasyon, fiyatlandırılabilir, test edilebilir ve kabul edilebilir.

1. ASTM B637, yüksek sıcaklık hizmeti için çökelme sertleştirmeli ve soğuk işlem görmüş nikel alaşımlı çubuklar, dövme parçalar ve dövme stokları için standart spesifikasyon. 718 çubuk ve dövme stoğu için spesifikasyon rotası kaynağı.
2. ASTM B443, nikel-krom-molibden-kolumbiyum alaşımlı plaka, sac ve şerit için standart spesifikasyon. 625 sac ve şerit için spesifikasyon rotası kaynağı.
3. ASTM B575, düşük karbonlu nikel-molibden-krom alaşımlı plaka, sac ve şerit için standart spesifikasyon. C276 ve C22 düz ürün için spesifikasyon rotası kaynağı.
4. ASTM B127 ve ASTM B164, nikel-bakır alaşımlı plaka, sac, şerit, çubuk ve yuvarlak çubuk için standart spesifikasyonlar. Monel 400 ve K500 için spesifikasyon rotası kaynağı.
5. NACE MR0175 ve ISO 15156, petrol ve doğal gaz endüstrileri, hidrojen sülfür içeren ortamlarda kullanım için malzemeler. Sülfürlü servis sertlik limiti ve satın alma spesifikasyonunda ortamın belirtilmesi gerekliliği kaynağı.
6. 718, 625, C276, Monel 400 ve K500 için yayınlanmış alaşım verileri, 718'in yaklaşık 650 °C'deki gama çift primeri solvusu, 625'in havada yaklaşık 980 °C'ye kadar oksidasyon direnci, C276'nın bileşim temeli ve K500'ün yaş sertleşme rotası dahil. Güçlendirme mekanizmaları ve kalite tablosundaki tavanlar için kaynak.
7. Ultra-süperkritik ve gelişmiş ultra-süperkritik kazanlar için yayınlanmış enerji üretimi malzeme rehberliği, yaklaşık 600 °C'deki buhar sıcaklıklarında kullanılan %9 ila %12 krom martensitik çelikleri, gelişmiş tasarımların hedeflediği 700 °C ila 760 °C aralığını ve süper ısıtıcı ve yeniden ısıtıcı boruları ve ana buhar borusu için 740 ve 740H alaşımlarının geliştirilmesini kapsar. Buhar sınıfı tablosu kaynağı.
8. DLX Alloy tarafından nikel alaşımı aralığı için yayınlanan ürün verileri. Formlar, boyut aralıkları, sunulan standartlar ve kapanış bölümünde açıklanan sertifika düzenlemesi kaynağı.

Yukarıdaki sıcaklıklar ve mekanizmalar, belirtilen kaliteler ve görevler için yayınlanmış değerler ve standart gereksinimlerdir ve olağan aralığı tanımlarlar, belirli bir bileşen için kabul limiti değildir. Servisteki bir metal sıcaklığı, ısı transferine, kaplamaya, soğutmaya ve görev döngüsüne bağlıdır ve akışkan sıcaklığından alınmak yerine parça için belirlenmelidir. Korozyon davranışı, konsantrasyona, sıcaklığa, havalandırmaya, akışa ve geometriye bağlıdır ve bir tesiste performans gösteren bir kalite, aynı nominal kimyaya sahip başka bir tesiste başarısız olabilir. Adı geçen kodlar ve standartlar tasarım ve kabulü yönetir ve teslim edilen bir parti için değerler, inceleme sertifikasında kaydedilenlerdir. Bu sayfadaki hiçbir şey, bir mühendislik onayı veya alıcı ve tedarikçi arasında anlaşılan nitelik testinin yerini tutmaz.