Nikkel-byggðar málmblöndur: Eiginleikar, flokkanir og notkun

Útgáfutími: 2026-03-02 Views: 146

Inngangur:

Nikkelblöndur, eins og nafnið gefur til kynna, eru aðallega úr nikkel (venjulega með nikkelinnihaldi yfir 50%), ásamt öðrum málmblönduþáttum eins og járni, krómi, kóbalti, mólýbdeni og kopar. Þessar málmblöndur eru þekktar fyrir einstakan hitaþol og framúrskarandi tæringarþol.

Nikkelblöndur einkennast af háum bræðslumarkum og viðhalda stöðugri virkni í umhverfi sem fer yfir 700°C, og sumar tegundir þola hitastig allt að 1000°C eða meira. Framúrskarandi oxunarþol þeirra gerir þær sérstaklega hentugar fyrir notkun sem felur í sér langvarandi útsetningu fyrir miklum hitaskilyrðum, svo sem í gastúrbínublöðum, stútum eldflaugarhreyfla og öðrum mikilvægum íhlutum sem verða fyrir miklum hita.

Í túrbínuvélum verða blöð að þola bæði mikinn hita og verulegan vélrænan álag. Efni með ófullnægjandi háhitastyrk og seiglu myndu brotna hratt niður og stytta endingartíma. Hágæða nikkel-byggð málmblöndur veita nauðsynlega samsetningu af háhitastyrk og oxunarþoli sem gerir þessum háþróuðu kerfum kleift að starfa áreiðanlega við erfiðar aðstæður.

Þar að auki sýna nikkelblöndur einstakan örbyggingarstöðugleika. Jafnvel eftir langvarandi útsetningu fyrir miklum hita og þrýstingi helst örbygging þeirra nánast óbreytt. Þessi einstaki stöðugleiki gerir þær að nauðsynlegum efnum fyrir mikilvægar notkunarmöguleika í geimferða- og orkuframleiðsluiðnaði.

Flokkunarstaðlar í Kína:

Kína setti á fót og kynnti fyrsta prufustaðalinn sinn fyrir tæringarþolnar málmblöndur úr nikkel, YB-687-75, árið 1975. Þessi upphaflegi staðall innihélt átta tæringarþolnar málmblöndutegundir. Með framþróun í málmvinnslutækni og búnaði hafa afbrigði af nikkelblönduðum málmblöndum þróast hratt.

Algengasta aðferðin við að tilgreina málmblöndur í Kína notar frumefnistákn og innihaldsnúmer til að tákna málmblöndutegundir. Forskeytið „0“ gefur til kynna kolefnisinnihald ≤ 0.08%, en „00“ gefur til kynna kolefnisinnihald ≤ 0.03%. Til dæmis táknar 00Cr16Ni65Mo16 málmblöndu með C ≤ 0.03%, Cr um það bil 16%, Ni um það bil 65% og Mo um það bil 16%. Vegna vanefnda á innlendum stöðlum hefur þessi aðferð ekki verið að fullu tekin upp í reynd.

Mynd 2. Rúnstöng úr nikkelblöndu og hitaþolnum vírum

Þrjú helstu alþjóðlega þekkt vörumerki nikkel-byggðra málmblanda:

1. Inconel® málmblöndur

Inconel er skráð vörumerki Special Metals Corporation (Bandaríkin) og hefur orðið samheiti yfir flokk afkastamikla nikkel-króm málmblöndur sem þola háan hita og tæringu.

Árangur einkenni

- Framúrskarandi styrkur við háan hita: Með styrkingu í föstu formi og/eða úrkomustyrkingu viðhalda þessar málmblöndur einstökum vélrænum eiginleikum við háan hita (allt að 1000°C og hærra).

- Framúrskarandi oxunar- og hitatæringarþol: Hátt króminnihald myndar stöðuga Cr₂O₃ verndarfilmu.

- Góð tæringarþol: Sérstaklega hentugt fyrir oxandi miðla og umhverfi með háum hita.

Aerospace

Mynd 3. Notkun nikkelmálmblanda í geimferðum og sjó

Algengar einkunnir og einkenni:

Grade	einkenni
Inconel 600	Snemma klassísk gæðaflokkur, styrktur í föstu formi, þolir oxun við háan hita, þolir basísktæringu
Inconel 625	Alhliða tæringarþolin málmblanda, styrkt með mólýbdeni og níóbíum, framúrskarandi tæringarþol gegn gryfjum og sprungum, góður þreytustyrkur, suðuhæf.
Inconel 718	Mest notaða úrkomustyrkta málmblöndu, styrkt með γ" fasa, afar mikill styrkur við meðalhita og hátt hitastig, tiltölulega góð vinnanleiki
Inconel X-750	Úrkomustyrkt, háhitaþolið fjaðrir, góður styrkur og oxunarþol undir 980°C
Inconel 738	Steypt málmblöndu, hátt ál- og títaninnihald, styrkt með γ" fasa, framúrskarandi tæringarþol gegn heitu tæringu

Tafla 1. Listi yfir algengar tegundir og einkenni þeirra

2. Monel® málmblöndur

Monel er skráð vörumerki Special Metals Corporation (sama móðurfélag og Inconel). Þessar málmblöndur eru aðallega tæringarþolnar málmblöndur úr nikkel-kopar, sem einkennast af einstakri mótstöðu gegn sjó, saltúða og minnkandi tæringu í miðlum. Venjulega er nikkelinnihaldið á bilinu 60-70%, kopar frá 20-30%, með litlum viðbótum af járni, mangan og öðrum frumefnum. Monel er ein af elstu háafkastamiklu málmblöndunum sem mannkynið hefur þróað og notað.

Árangur einkenni

- Framúrskarandi tæringarþol gegn sjó: Þetta er þekktasti eiginleiki þess. Það stenst tæringu frá miklum straumi sjávar, holamyndunartæringu og sýnir framúrskarandi mótstöðu gegn sprungum af völdum klóríðs. Það er talið eitt af fremstu efnum fyrir skipaverkfræði.

- Þol gegn afoxandi miðlum: Virkar betur en venjulegt ryðfrítt stál og nikkel-króm málmblöndur í óoxandi sýrum og saltlausnum (eins og flúorsýru, saltsýru, brennisteinssýru, fosfórsýru og söltum þeirra).

- Góðir vélrænir eiginleikar: Viðheldur miklum styrk og seiglu yfir breitt hitastigsbil og er ekki segulmagnað.

- Tilhneiging til vinnuherðingar: Vélræn vinnsla og kaltvinnsla bjóða upp á ákveðnar áskoranir.

Gasstöð á hafi úti

Mynd 4. Notkun monel-málmblöndu á olíu- og gassviðum á hafi úti.

Algengar einkunnir og notkun:

Grade

einkenni

Monel

400

Fjölhæfasta gæðaflokkurinn. Samsetning: Ni ~67%, Cu ~30%, Fe ~1.5%. Einfasa málmblanda styrkt í föstu formi, ekki hitameðhöndluð, alhliða tæringarþol.

Monel K-500

Byggt á 400 með viðbót af ~3% Al og 0.5% Ti, öldrunarherðanlegt með útfellingu Ni₃(Al,Ti) styrkingarfasa, verulega bætt styrk (um það bil 2-3 sinnum meiri en Monel 400), en viðheldur svipaðri tæringarþoli.

Tafla 2. Algengar Monel 400-gæðaflokkar og notkun þeirra.

Notkunarsvið

- Skipasmíði og skipasmíði: Skrúfur, ásar, dælur og lokar, sjóvatnsvarmaskiptir, sjóvatnslagnakerfi

- Jarðefnaiðnaður: Búnaður fyrir hafsvæði, íhlutir í olíuhreinsunarstöðvum, ílát til meðhöndlunar á halógenum og sýrulausnum

- Sérhæfð efnaiðnaður: Búnaður fyrir framleiðslu og geymslu á flúorsýru og basa, hitari fyrir fóðurvatn í virkjunum

3. Hastelloy® málmblöndur

Hastelloy málmblöndur eru aðallega nikkel-mólýbden-króm eða nikkel-mólýbden málmblöndur. Vegna mikils innihalds af mólýbdeni og krómi ná þær framúrskarandi mótstöðu gegn almennri tæringu, holutæringu og sprungutæringu.

Hastelloy er skráð vörumerki Haynes International (Bandaríkjanna). Kjarnahugmyndin er hönnun fyrir krefjandi iðnaðarumhverfi sem valda tæringu og þjóna sem „síðasta varnarlínan“ í efna-, olíu- og umhverfisverndariðnaði. Þótt Inconel málmblöndur skari fram úr í „hitaþoli + tæringarþoli“, þá eru Hastelloy málmblöndur „sérhæfðar í mikilli tæringarþoli“, sérstaklega hagstæðar í flóknum miðlum sem ekki oxa eða skiptast á oxandi-afoxandi miðlum.

Árangur einkenni

- Almenn tæringarþol: Í óoxandi sýrum eins og saltsýru, brennisteinssýru og fosfórsýru, yfir breitt styrk- og hitastigsbil, er afköstin miklu betri en ryðfrítt stál og aðrar nikkel-byggðar málmblöndur.

- Framúrskarandi staðbundin tæringarþol: Hátt mólýbden- og króminnihald veitir framúrskarandi mótstöðu gegn tæringu í holum og sprungum, sem gerir þau tilvalin fyrir miðla sem innihalda klóríðjónir.

- Framúrskarandi viðnám gegn spennutæringu og sprungum: Góð hitastöðugleiki og styrkur við meðalhita.

- Smíði og suðuhæfni: Ákveðnar tegundir (eins og C-276) sýna góða suðuhæfni, þó að tilhneiging til vinnsluherðingar sé tiltölulega sterk.

Grade	einkenni
Hastelloy B-2	Ni-Mo málmblanda, Mo ~28%, krómlaus, hönnuð sérstaklega fyrir afoxandi efni, fremst í flokki í saltsýruþol. Besta árangur í afoxandi sýrum (saltsýru, brennisteinssýru). Viðkvæm fyrir oxandi efni.
Hastelloy C-276	Ni-Mo-Cr málmblöndu (16% Mo, 16% Cr). Frægasta og mest notaða „alhliða“ tæringarþolna málmblöndunin. Besta jafnvægið: framúrskarandi viðnám gegn afoxunarmiðlum og fullnægjandi viðnám gegn oxunarmiðlum, hægt að suða án hitameðferðar eftir suðu, framúrskarandi vinnsluhæfni.
Hastelloy C-22	Ítarlegri útgáfa af C-276 (13% Mo, 22% Cr, 3% W). Hærra króminnihald, lítillega minnkað mólýbden. Betri oxunarefni og staðbundin tæringarþol, heildartæringarþol talið betra en C-276. Betri tæringarþol á suðusvæði.
Hastelloy C-2000	Næsta kynslóðar vara (16% Mo, 23% Cr, 1.6% Cu). Koparviðbót veitir betri afköst, fyrsta flokks tæringarþol bæði í oxandi og afoxandi miðlum, sannarlega alhliða málmblöndu.
Hastelloy X	Ni-Cr-Fe-Mo málmblöndu. Hátt króminnihald, miðlungs mólýbden og járninnihald. Framúrskarandi háhitastyrkur og oxunarþol, brúar tæringarþolnar og háhitaþolnar málmblöndur innan Hastelloy fjölskyldunnar.
Hastelloy G-30	Hákróm-, kopar-innihaldandi málmblanda (30% Cr, 5% Mo, 2% Cu). Sérstaklega ónæm fyrir fosfórsýru og flóknum sýrum, góð tæringarþol gegn heitu efni.

Tafla 3. Afköstareiginleikar mismunandi Hastelloy-gæða.

Notkunarsvið

- Efnavinnsluiðnaður: Hvarfar, varmaskiptar, pípur, lokar, dælur fyrir sýruframleiðslu, skordýraeitur, lyfjafyrirtæki milliefni

- Brennisteinshreinsunarkerfi fyrir reykgas: Frásogsturn, reykrör, hljóðeinangrunarrör, sem standast tæringu á blautum reykgasi og innihalda klóríð og brennisteinssýru.

- Olíu- og gasiðnaður: Mjög ætandi olíu- og gasbrunnir, neðansjávarleiðslur, búnaður til vinnslu á súru gasi

- Brennsla og meðhöndlun úrgangs: Háhita hitaskiptir fyrir úrgangsgas sem innihalda klór

- Viðbótarnotkun í kjarnorkuúrgangsmeðferðarstöðvum og geimferðum (Hastelloy X fyrir háhita vélarhluta)

Mynd 5 Notkun Hastelloy málmblöndu í súru og ætandi umhverfi með H2SO4, HCL.

Samanburðaryfirlit yfir þrjár gerðir málmblöndu:

Einkennandi	Hastelloy	Inconel	Monel
Core samsetning	Ni-Mo-Cr	Ni-Cr	Ni-Cu
Primary kostur	Mjög góð og víðtæk efnatæringarþol, sérstaklega gegn tæringu vegna sprungna/götutæringar	Háhitastyrkur og oxunarþol, alhliða afköst	Sjór og minnkun á viðnámi fjölmiðla
Dæmigert umhverfi	Blandaðar sýrur, klóríðlausnir, sterklega afoxandi miðill	Oxandi umhverfi við háan hita, heit tæring, oxandi sýrur	Sjór, flúorsýra, basískar lausnir
Dæmigert einkunnir	C-276, C-22, B-2	718, 625, 600	400, K-500
Hlutfallsleg Kostnaður	Yfirleitt hæst (hátt innihald af verðmætum frumefnum Mo, Cr)	Mjög hátt	Hár

Tafla 4. Samanburðaryfirlit yfir þrjár málmblöndutegundir (Hastelloy, Inconel og Monel)

Hlutverk álfelgjuþátta:

Mólýbden	Króm	Bór, kísill	Kopar
Stór atómradíus, veldur verulegri grindarröskun við fasta lausn, styrkir málmblönduna verulega, bætir styrk við háan hita og rauða hörku; getur rofið/minnkað netbyggingar í húðun; eykur viðnám gegn holrúmum og rofi.	Styrking í föstu formi; áhrif á óvirkjun; bætir tæringarþol og oxunarþol við háan hita; umfram króm myndar auðveldlega krómkarbíð/boríð, sem eykur hörku og slitþol málmblöndunnar.	Lækkar bræðslumark málmblöndu verulega, víkkar hitastigsbil fasts og fljótandi fasa, myndar lágbræðslu eutektísk efni; afoxunar- og gjallmyndandi virkni; hefur herðandi/styrkjandi áhrif á húðun; bætir vinnslueiginleika.	Bætir tæringarþol í óoxandi sýrum

Tafla 5. Hlutverk álfelguþátta í málmi.

Tafla yfir samsetningu/eiginleika nikkel-byggðrar málmblöndu:

Common Nafn	UNS nr.	DIN/ EN	Dæmigerð samsetning (þyngdar%)	einkenni
Nikkel 200	N02200	2.4066	99Ni*-0.15Fe-0.2Mn-0.1Si-0.1Cu-0.10C	Hreint nikkel í atvinnuskyni, góð tæringarþol í basískum umhverfi
Nikkel 201	N02201	2.4068	99Ni*-0.15Fe-0.2Mn-0.1Si-0.1Cu-0.01C	Lágkolefnisútgáfa af nikkel 200, betri tæringarþol við háan hita
Nikkel 270	N02270	2.405	99.9Ni*-0.02Fe-0.001Mn-0.002Si-0.005Cu-0.01C	Háhreinleiki nikkel, lág hörku, mikil teygjanleiki
A-286	S66286	1.498	25Ni-15Cr-1.5Mo-2Ti-1Mg-0.03C	Fe-Ni-Cr málmblöndu með Mo og Ti, góðir vélrænir eiginleikar undir 700°C
25-6 mán.	N08926	1.4529	25Ni-20Cr-6.5Mo-1Cu-0.2N-1.0Mg-0.01P-0.005S-0.01C	Notað í blautum FGD kerfum, skilvirk viðnám gegn klóríðspennutæringu
25-6HN (AL-6XN)	N08367	-	25Ni-20Cr-6.3Mo-0.25Cu-0.2N-0.01P-0.005S-0.01C	Notað í blautum FGD kerfum, jafngildir AL-6XN
27-7 mán.	S31277	-	27Ni-22Cr-7.0Mo-1Cu-0.3N-0.01P-0.005S-0.01C	7% Mo ofur ryðfrítt stál, framúrskarandi árangur bæði í oxandi og afoxandi miðlum
Alloy 020	N08020	2.466	36Ni-21Cr-3.5Cu-2.5Mo-1Mn-0.01C	Frábær tæringarþol gegn brennisteins- og fosfórsýru, góðir vélrænir eiginleikar undir 500°C
Alloy 028	N08028	1.4563	32Ni-27Cr-3.5Mo-1Cu-0.01C	Aðallega fyrir jarðefnaiðnað, framúrskarandi árangur í oxunar- og afoxunarmiðlum
Alloy 330	N08330	1.4886	35Ni-18Cr-2Mg-1Si-0.03C	Viðbót Si bætir oxunarþol, mikið notað í iðnaðarofnum
Alloy 800	N08800	1.4876	32Ni-21Cr-0.30-1.20(Al+Ti)-0.02C	Góð tæringar- og háhitaþol, framúrskarandi vélrænir eiginleikar frá lághitastigi upp í 600°C
Ál 800H	N08810	1.4876	32Ni-21Cr-0.30-1.20(Al+Ti)-0.08C	Útgáfa af álfelgi 800 með miklu kolefnisinnihaldi, betri skriðeiginleikar
Alloy 800HT	N08811	1.4876	32Ni-21Cr-0.85-1.20(Al+Ti)-0.08C	Aukið Al og Ti innihald, hærra leyfilegt álag
Alloy 825	N08825	2.4858	42Ni-21Cr-3Mo-2Cu-0.8Ti-0.1Al-0.02C	Ti-stöðug Ni-Fe-Cr álfelgur, framúrskarandi viðnám gegn spennutæringu og sprungum
Inconel 600	N06600	2.4816	72Ni*-15Cr-8Fe-0.2Cu-0.02C	Góð viðnám gegn tæringu afoxandi, oxandi og nítrandi miðils
Inconel 601	N06601	2.4851	60Ni-22Cr-1.2Al-0.5Cu-0.02C	Viðbót við Al og Ti, framúrskarandi oxunarþol við háan hita
Inconel 625	N06625	2.4856	58Ni*-21Cr-9Mo-3.5Nb-1Co-0.02C	Lágkolefnis Ni-Cr-Mo-Nb álfelgur, framúrskarandi tæringarþol í ýmsum miðlum
Inconel 625LCF	N06626	2.4856	58Ni*-21Cr-9Mo-3.5Nb-1Co-0.02C	Aukin þreytuþol við lágsveiflur, aðallega fyrir framleiðslu belgja
Inconel 686	N06686	2.4606	57Ni*-21Cr-16Mo-4W-0.01C	Frábær tæringarþol, alhliða suðufyllingarmálmur
Inconel 690	N06690	2.4642	58Ni*-30Cr-9Fe-0.2Cu-0.02C	Hákróm Ni-Fe-Cr álfelgur, framúrskarandi oxunarþol við háan hita
Inconel 718	N07718	2.4668	52Ni-19Cr-5Nb-3Mo-1Ti-0.6Al-0.02C	Úrkomuhert Ni-Fe-Cr málmblanda, háhitastyrkur, framúrskarandi skriðeiginleikar
Inconel X-750	N07750	2.4669	70Ni*-15Cr-6Fe-2.5Ti-0.6Al-1Nb-0.02C	Úrkomuhert Ni-Fe-Cr málmblanda með Ti, Nb, Al, góð virkni undir 600°C
Monel 400	N04400	2.436	63Ni*-32Cu-1Fe-0.1C	Sterk Ni-Cu málmblöndu í föstu formi, góð tæringarþol í sjó
Monel K-500	N05500	2.4375	63Ni*-30Cu-1Fe-3Al-0.6Ti-0.1C	Aldursherðanleg Ni-Cu málmblanda með Al og Ti, framúrskarandi viðnám gegn klóríðspennutæringu
Hastelloy C-276	N10276	2.4819	57Ni-16Mo-16Cr-5Fe-4W-2.5Co-1Mn-0.35V-0.08Si-0.01C	Frábær viðnám gegn oxunartæringu og miðlungs minnkandi tæringu, framúrskarandi viðnám gegn staðbundinni tæringu
Hastelloy C-4	N06455	2.461	65Ni-16Cr-16Mo-0.7Ti-3Fe-2Co-1Mn-0.08Si-0.01C	Góð hitastöðugleiki, framúrskarandi seigja og tæringarþol við 650-1040°C
Hastelloy C-22	N06022	2.4602	56Ni-22Cr-13Mo-3Fe-3W-2.5Co-0.5Mn-0.35V-0.08Si-0.01C	Betri, einsleit tæringarþol í oxandi miðlum samanborið við C-4 og C-276
Hastelloy C-2000	N06200	2.4675	59Ni-23Cr-16Mo-1.6Cu-0.08Si-0.01C	Víðtækasta tæringarþolna málmblandan, framúrskarandi árangur bæði í oxandi og afoxandi umhverfi
Hastelloy X	N06002	2.4665	47Ni-22Cr-18Fe-9Mo-1.5Co-0.6W-0.10C-1Mn-1Si-0.008B	Sameinar mikinn styrk, oxunarþol og góða framleiðsluhæfni, mikið notað í geimferðaiðnaði
Hastelloy B-2	N10665	2.4617	69Ni-28Mo-0.5Cr-1.8Fe-3W-1.0Co-1.0Mn-0.01C	Ni-Mo málmblöndu, framúrskarandi tæringarþol í minnkandi umhverfi
Hastelloy B-3	N10675	2.46	65Ni*-28.5Mo-1.5Cr-1.5Fe-3W-3Co-3Mn-0.01C	Bætt útgáfa af B-2, framúrskarandi viðnám gegn saltsýru við hvaða hitastig og styrk sem er
Hastelloy G-30	N06030	-	43Ni-30Cr-15Fe-5.5Mo-2.5W-5Co-2Cu-1.5Mn-0.03C	Hákróm-nikkel-byggð álfelgur, framúrskarandi tæringarþol í fosfórsýru og öðrum sterklega oxandi blönduðum sýrumiðlum
Tafla 6. Samsetningar nikkel-bundinna málmblöndu (inconel, monel, hastelloy, hreint nikkel o.s.frv.). *Athugið: ® gefur til kynna skráð vörumerki. Inconel, Monel og Hastelloy eru skráð vörumerki viðkomandi eigenda.*

Fyrri Aftur í fréttir Næstu

Allir flokkar

Nikkel-byggðar málmblöndur: Eiginleikar, flokkanir og notkun