Никелевые изделия: N6, Ni201, Monel 400 Selection Guide

Обзор продукции

Проверено и поддерживается инженерной командой Shaanxi Qianyi Tuoda Technology Co., Ltd.

Провал: чистый никель в морской воде-14 месяцев до затычка

В 2022 году ближневосточная многоступенчатая опреснительная установка MSF заказала замену труб теплообменника для подогревателя рассола.(UNS N04400) в соответствии с ASTM B165. Поставщик, сославшись на снижение затрат на 35%, предложил Ni200 Покупатель согласился, поскольку ему сообщили, что "оба являются никелевыми сплавами с одинаковой коррозионной стойкостью". Завод был вынужден в внеплановом отключении, и весь пучок трубы пришлось заменить-на Monel 400, как первоначально было указано.

Металлургическое исследование обнаружило классическую точечную точечность хлорида на внешней поверхности трубки глубина ямы 0,8 - 1,5 мм; Скорость коррозии составляла 0,7 - 1,0 мм/год, что примерно в 30 - 40 раз больше скорости коррозии, которую продемонстрировала бы Монель 400 при той же службе. Неисправность не была дефектом качества трубки Ni200; Ni200 была металлургически прочной и соответствовала стандарту ASTM B162. Поражение было ошибкой выбора материала: чистый никель не устойчив к точечному хлориду в морской воде, и никакие меры контроля качества не могут сделать это так.

Урок заключается в том, что "никелевый сплав" не является спецификацией материала. Чистый никель (Ni200/Ni201) и Monel 400 являются никелевыми сплавами, но они служат различным коррозионным средам. Заказ на покупку никелевого продукта имеет восемь полей, и обозначение UNS, соответствие сервисной среды и граница температуры являются тремя из недостающих полей, которые будут найдены неисправностью.

Чистый никель против Monel 400: два разных материала

Чистый никель (Ni200, Ni201) и Monel 400 в торговле называются "никелевыми продуктами", но они являются металлургически и коррозионно-поведенчески отличными материалами. Чистый никель является коммерчески чистым никелем с минимальным содержанием Ni 99,0%, используемым для его устойчивости к каустической соде (NaOH), гидроксиду калия (KOH), Монель 400 представляет собой сплав никеля и меди из твердого раствора с минимальным содержанием Ni 63% и Cu 28 - 34%, который используется для его устойчивости к морской воде, фтористоводородной кислоте (HF) и хлорид-подшипникам.

Для каустической соды (NaOH) и гидроксида калия используйте чистый никель-Ni200 ниже 315 °C, Ni201 выше 315 °C. Для морской воды, рассола, HF кислоты и хлорида используйте Monel 400. Для окисляющих кислот.(HNO3, хромная кислота), ни один из материалов не подходит-используйте нержавеющую сталь или титан. Покупатель, который рассматривает "никелевый сплав" как единую категорию материалов и принимает то, что предлагает поставщик, В конце концов, вы установите неправильный материал в неправильном обслуживании и заплатите за отказ.

Ni200 vs Ni201: Графитизация 315°C

Единственное химическое различие между Ni200 и Ni201 заключается в содержании углерода: Ni200 имеет максимум углерода 0,15%, Ni201 имеет максимум углерода 0,02%-снижение в 7,5 раза. При температуре ниже 315 °C эти две марки одинаково работают во всех коррозионных средах; углерод растворяется в никелевой матрице и не оказывает влияния на коррозионное поведение. При температуре выше 315°C углерод в Ni200 осаждается в виде графита на границах зерна, формирование непрерывной сети, которая снижает пластичность почти до нуля-явление, называемое графитизацией охрупчивания.

Графитизация необратима. После формирования графитовой сети материал не может быть извлечен путем термической обработки. графит термодинамически стабилен при всех температурах ниже температуры плавления никеля. ASME котел и сосудов под давлением Раздел VIII явно ограничивает Ni200 до 315°C максимум для поддержания давления. Ni201, с его максимумом углерода 0,02%, не графизирует и одобрен для работы под давлением до 600°C.

Практические последствия для обслуживания каустической соды имеют решающее значение. На установках с мембранными элементами хлорщелочи работают испарители каустической соды при температуре 300 - 350 °C непосредственно через границу 315 °C. Корпус испарителя Ni200, работающий при температуре 320 - 350 °C, будет графироваться в течение 6 - 18 месяцев, в зависимости от фактической температуры и содержания углерода в удельном теплоте Графитированный материал будет катастрофически выходить из строя под давлением, а не под коррозией; Премиум затрат на Ni201 по сравнению с Ni200 составляет 2 - 5%(затраты на ограничение выбросов углерода); стоимость корпуса графитированного испарителя составляет 50 000 - 200 000 долларов США и 2 - 4 недели простоя установки.

Монель 400: синергетическая пассивность никеля и меди

Monel 400 (UNS N04400) представляет собой сплав из твердого раствора никель-медный сплав-медь полностью растворяется в никелевой матрице, не присутствует в качестве второй фазы. Диапазон состава составляет Ni 63% минимум, Cu 28 - 34%, Fe 1,5% максимум (обычно 1,5 - 2,5% на практике), Mn 1,0% максимум, с углеродом ниже 0,3%. Сплав используется в промышленном использовании примерно с 1905 года, Первоначально получен из естественной никель-медной руды из месторождения Садбери в Канаде.

Коррозионная стойкость Монель 400 в морской воде и хлоридной среде является результатом синергетического механизма пассивации никеля и меди. Никель образует пассивную пленку NiO; Медь повышает устойчивость пленки к разрушению хлорида за счет изменения электронной структуры пленки и снижения скорости локального проникновения хлорида. Пассивная пленка Monel 400 толще, более плотно прилегает, В окружающей морской воде Monel 400 демонстрирует скорость коррозии ниже 025 мм/год-эффективно инертный-по сравнению с 1 - 5 мм/год для чистого никеля при точечной атаке.

Монель 400 имеет предел текучести 240 - 345 МПа, что вдвое превышает 103 - 207 МПа чистого никеля. Это позволяет тоньше стенных секций при одинаковом давлении, снижая стоимость материала и вес. В морской технике Monel 400 является материалом по умолчанию для валов насоса, стеблей клапанов, труб теплообменника, и крепежные элементы, где требуется как сопротивление хлориду, так и механическая прочность.

Монель 400: где она не работает

Монель 400 не является универсальным никелевым сплавом. Необходимо соблюдать три эксплуатационных предела. Во-первых, Монель 400 подвергается воздействию окисляющих кислот (азотная кислота, хромная кислота, серная кислота выше 70% концентрации с окислительными условиями). В этих средах медь в сплаве селективно растворяется, и материал быстро выходит из строя. Для окисляющей кислоты используйте нержавеющую сталь (316L) или титан.

Во-вторых, Monel 400 подвергается воздействию коррозии в высокоскоростной морской воде выше 4 м/с. При скоростях выше 4 м/с пассивная пленка механически удаляется турбулентным потоком, а экспонированный металл подвергается коррозии ускоренной скоростью.(например, движители насоса, высокоскоростные впускные отверстия конденсатора), модернизация до Монель K-500 (возрастная отверждаемая, более высокая прочность) или к купроникелю 90/10 или 70/30, которые имеют лучшую скорость допуска.

В-третьих, Monel 400 подвержен коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) в парах ВЧ, содержащих кислород выше 70°C. В службе ВЧ кислоты Монель 400 хорошо работает в жидком ВЧ и в деаэрированном ВЧ парах, но если пар содержит растворенный кислород и температура превышает 70°C, SCC может инициировать в точках концентрации напряжений.(сварный HAZ, резьбовые корни, холодноформованные изгибы). Для аэрированных ВЧ паров выше 70°C используют Inconel 625 или Incoloy 825.

Корреспонденция китайского класса: N6, N4, NCu28.

Китайские марки никеля и никелевого сплава соответствуют следующим сортам ASTM. N6 соответствует Ni200 (UNS N02200), с максимальным содержанием углерода 0,15%-определенным в GB/T 5235. N4 соответствует Ni201 (UNS N02201), с максимальным содержанием углерода 0,02%-также определено в GB/T 5235. NCu28 - 2,5 - 1,5 соответствует Монелю 400 (UNS N04400), с Ni минимум 63%, Cu 28 - 34%, Fe 1,5 - 2,5%, Mn 1,0 - 2,0%-определено в GB/T 5235 и более старом стандарте YB.

При заказе у китайских поставщиков указывайте обозначение UNS и китайский сорт, чтобы избежать двусмысленности. Китайский поставщик, предлагающий "N6 plate", предлагает Ni200; поставщик, предлагающий "N4 plate", предлагает Ni201. Эти два визуально идентичны и не могут быть различимы по внешнему виду или по стандартному химическому отчету без явного анализа углерода. Наиболее распространенной ошибкой является принятие N6 (Ni200) когда N4 (Ni201) был указан для высокотемпературной каустической службы-разница в содержании углерода невидима при случайном осмотре, а сбой графитизации не появляется до 6 - 18 месяцев эксплуатации выше 315°C.

Всегда нужно в PO:"Материал по ASTM [стандарту], UNS [обозначение], эквивалентный китайскому [сорту]. Содержание углерода должно указываться в ССО и не должно превышать [значения]". Для N4 (Ni201) отчет по углероду является единственным наиболее важным документом контроля качества-без него покупатель не может проверить, является ли поставляемый материал N4, а не N6.

Формы и стандарты продуктов

Никель и Монель поставляются в тех же формах продукции, что и титан: пластина, лист, полоска, бесшовная труба, сварная труба, брус, проволока, поковки и фитинги. Стандартами ASTM, регулирующими каждую форму продукта, являются:

В комплекте никелевого продукта PO указывается стандарт формы продукта плюс сорт:"ASTM B162 UNS N02201" для пластины Ni201 или "ASTM B127 UNS N04400" для пластины Monel 400 ".Никелевая пластина"или" Монельная пластинка "без стандарта ASTM и UNS оставляет проверку материала открытой-поставщик может поставить любой никельсодержащий материал, соответствующий размерным спецификациям.

Восемь провалов закупок

Вот восемь неудач, наблюдавшихся в заказах на поставку никелевой продукции за последнее десятилетие, в порядке приблизительной частоты:

1.Замена чистого никеля (Ni200/Ni201) Монель 400 в морской воде. Хлоридная точечность при 1 - 5 мм/год; выход из строя через 6 - 18 месяцев. Оба материала не являются взаимозаменяемыми. Всегда проверяйте, что обозначение UNS соответствует сервису.

2.Использование Ni200 выше 315°C. Использование Ni201 (UNS N02201, углеродный максимум 0,02%) при температуре 315°C.

3.Принимают N6 (Ni200), когда N4 (Ni201) указан. Визуально идентично; разница углерода невидима без явного анализа углерода. Требуйте отчета о углероде на MTR для всех заказов Ni201.

4.Только уточнение "Никелевая пластина"или" Монельная пластина "без стандарта ASTM и ООН. Отсутствие договорных оснований для проверки материалов. Всегда указывайте "ASTM [стандарт] UNS [обозначение]".

5.Монель 400 в окисляющей кислоте (HNO3). Селективное растворение меди; быстрое разрушение. Используйте нержавеющую сталь или титан для окисления кислоты.

6.Использование Monel 400 в высокоскоростной морской воде выше 4 м/с. Для высокоскоростного обслуживания используйте Monel K-500 или cuponickel 90/10.

7.Не требуется PMI на Monel 400. Monel 400 и чистый никель визуально идентичны; PMI (XRF) проверяет содержание меди (28 - 34%), что отличает Monel 400 от чистого никеля. Требуйте PMI на каждой партии.

8.Использование Monel 400 в аэрированном HF паре выше 70°C. Использование Inconel 625 или Incoloy 825 для аэрированного HF пара выше 70°C.

Экономика затрат: чистый никель против Monel 400

Соотношение затрат между чистым никелем и монелем 400 зависит от разницы цен никель и медь, которая была волатильной в течение последнего десятилетия. По состоянию на 2024 - 2026 годы приблизительная зависимость затрат составляет:

Монель 400 обычно на 10 - 20% дешевле чистого никеля по весу, потому что медь дешевле никеля.(8,80 г/см³ против 8,89 г/см³ для чистого никеля-почти идентично) и более высокая прочность, Таким образом, стоимость единицы несущей способности благоприятствует Monel 400 для большинства конструкций и сосудов под давлением. Ошибка замещения, принятая Ni200 вместо Monel 400, как правило, неверно истолковывает данные о стоимости: Ni200 на самом деле дороже, чем Monel 400, и замена терпит неудачу, потому что Ni200 является неправильным материалом для морской воды, а не правильным материалом по более низкой цене.

Проверка поставщика: шесть документов, которые нужно запросить

Перед размещением заказа на никелевую продукцию запрашивайте эти шесть документов. Поставщик, который не может произвести все шесть, не имеет права на обслуживание никелевой продукции.

1. Протокол испытаний материалов (MTR) в соответствии с EN 10204 3.1, показывающий теплохимический состав, включая содержание углерода (решающее значение для различения Ni200 от Ni201), и обозначение UNS, соответствующее заказанной сорту.

2. Стандартный сертификат соответствия продукции ASTM (B162 для пластины Ni, B127 для пластины Monel и т. д.) с четко указанными сортами и UNS.

3. Сертификат механических свойств, показывающий прочность текучести, прочность на растяжение и удлинение в соответствии со стандартом ASTM, для поставляемого закала (отожженного, напряженного, как вытянутого).

4. Для заказов Ni201 (N4): эксплицитный отчет об анализе углерода, показывающий содержание углерода ниже 0,02%. Это единственный самый важный документ для Ni201-без него покупатель не может проверить, что N4 был поставлен вместо N6.

5. Сертификат PMI (XRF) для каждой партии Monel 400, подтверждающий содержание меди (28 - 34%), что отличает Monel 400 от чистого никеля. PMI является обязательным, потому что два материала визуально идентичны.

6. Сертификат на поверхность и загрязнение: для Monel 400, подтверждение того, что продукт был маринован после формовки для удаления загрязнения железом (углеродистая сталь вкладывает свободное железо, та же проблема, что и титан). Для чистого никеля в каустической службе, подтвердите, что серосодержащие соединения не использовались в обработке поверхности (сера ускоряет каустическую коррозию никеля).

Краткое описание: Заказ на поставку никелевой продукции на 8 месторождений

Полный заказ на покупку никеля имеет эти восемь полей. Все меньше оставляет пробел, который провал найдет.

1.Стандартный + класс: ASTM [B162/B161/B160/B127/B165/B164] UNS [N02200/N02201/N04400], эквивалентный китайский сорт [N6/N4/NCu28 - 2.5 - 1.5].

2.Подтверждение среды обслуживания: Укажите предполагаемую услугу (каустическая сода, морская вода, ВЧ кислота, морская вода) и подтвердите пригодность материала. Отклоните замены по категориям обслуживания.

3.Температурная граница (для чистого никеля): Для эксплуатации при температуре выше 315°C указать Ni201 (UNS N02201) и потребовать углеродного анализа ниже 0,02%. Для эксплуатации при температуре ниже 315°C допускается Ni200.

4.Форма продукта + размеры: Пластинка (толщина, ширина, длина), трубка (OD, стенка, длина), бар (диаметр, длина), с допусками в соответствии со стандартом ASTM.

5. Temper + механические свойства: Отжигание (мягкое, общее обслуживание), снятие напряжения (промежуточная прочность), вытягивание (высокая прочность, пружинная проволока). Указать выход, растяжение, удлинение согласно ASTM.

6.Поверхность + травление: После формовки; испытание на свободное железо согласно ASTM A380 для Monel 400. Без обработки поверхности чистого никеля в каустической сервисе.

7.Документация: MTR EN 10204 3.1 с углеродным анализом (для Ni201), сертификатом соответствия стандарту ASTM, сертификатом механических свойств, сертификатом PMI (для Monel 400), сертификатом поверхностного загрязнения.

8. PMI на получение: Для Monel 400 покупатель проверяет содержание меди XRF (28 - 34%) на 10% полученного материала. Для Ni201 покупатель проверяет содержание углерода на MTR. Отклонять партии, которые не соответствуют заказанному сорту.

Часто задаваемые вопросы

Q1: В чем разница между Ni200 (N6) и Ni201 (N4)?

Единственное химическое отличие заключается в содержании углерода: Ni200 (UNS N02200, Chinese N6) имеет максимум углерода 0,15%; Ni201.(UNS N02201, китайский N4) имеет максимум углерода 0,02%-снижение в 7,5 раза. Ni201, с его низким содержанием углерода, не графируется и одобрен ASME для обслуживания давления выше 315C. Ниже 315C, обе марки одинаково работают в каустической и восстановительной кислотной службе. Премиум стоимости Ni201 по сравнению с Ni200 составляет 2 - 5%-затраты на контроль углерода, Нет никакой разницы в качествах.

Q2: Могу ли я использовать чистый никель (Ni200/Ni201) вместо Monel 400 в морской воде?

Нет. Чистый никель обладает превосходной устойчивостью к каустической соде (NaOH) и восстановительным кислотам, но он подвержен точечной и щелевой коррозии в хлорид-содержащих средах, включая морскую воду. Ион хлорида разрушает пассивную пленку никеля локально и инициирует точечную точечную точечную точечную обработку со скоростью 1 - 5 мм/год в проточной морской воде. Monel 400 (Ni 63%, Cu 28 - 34%) обладает превосходной хлоридной стойкостью за счет синергетической пассивации меди и никеля. со скоростью коррозии менее 0025 мм/Замена монель 400 чистым никелем в морской воде или хлориде является одной из наиболее распространенных и дорогостоящих ошибок выбора материала в никеле. закупок.

Q3: Каково соответствие китайского сорта никеля и продукции Monel?

Китайские обозначения GB: N6 соответствует Ni200;(UNS N02200, углерод макс. 0,15%); N4 соответствует Ni201 (UNS N02201, углеродный максимум 0,02%); NCu28 - 2.5 - 1.5 соответствует Монелю 400 (UNS N04400, Ni 63% мин, Cu 28 - 34%, Fe 1,5 - 2,5%, Mn 1,0 - 2,0%). указать как обозначение UNS, так и китайский класс, чтобы избежать двусмысленности. N6 и N4 определены в GB/T 5235; NCu28 - 2.5 - 1.5 определен в GB/T 5235 и более старом стандарте YB. Не принимайте N6, когда был указан N4-разница в содержании углерода не видна в стандартном отчете по химии без явного анализа углерода.

Q4: При какой температуре графируется Ni200 и как это предотвратить?

Ni200 (UNS N02200) графитизирует выше 315С. Углерод, растворенный в никелевой матрице, осаждается в виде графита на границах зерна, образуя непрерывную сеть, которая снижает пластичность почти до нуля. Хрупкость необратима-после графитизации материал не может быть восстановлен термической обработкой. Использовать Ni201 (UNS N02201, углеродный максимум 0,02%) для любой работы выше 315С. ASME B и PVC Раздел VIII ограничивает максимальный уровень Ni200 - 315C для поддержания давления.(часто встречается на хлорщелочных установках мембранных элементов), Ni201 является обязательным; использование Ni200 рискует графитизацией и катастрофическим выходом границы давления.

Q5: Для чего используется Monel 400 и каковы его пределы?

Monel 400 (UNS N04400) используется для теплообменников морской воды, оборудования для хранения и обработки ВЧ кислот, компонентов судового клапана и насоса, а также для химической обработки, включающей восстановление кислот и нейтральных солевых растворов.(выход 240 - 345 МПа, что вдвое больше чистого никеля) и стойкость к хлориду делают его стандартным никелевым сплавом для морской техники. Монель 400 подвергается воздействию окислительных кислот (азотная кислота, хромная кислота) и высокоскоростной морской водой свыше 4 м/с Монель 400 также подвержена коррозионному растрескиванию под напряжением в парах ВЧ, содержащих кислород выше 70С. Для высокоскоростной морской воды или аэрированных пар ВЧ, Монель K-500 (Age-orkable) или Inconel 625.

Q6: Почему Monel 400 устойчива к коррозии морской воды лучше, чем чистый никель?

Monel 400 представляет собой сплав из твердого раствора никеля и меди (Ni 63%, Cu 28 - 34%) Добавление меди создает синергетический механизм пассивации: Никель образует пассивную пленку NiO, а медь повышает устойчивость пленки к распаду хлорида. Пассивная пленка из медно-никелевого сплава толще, более прилипает и более устойчива к локализованному хлориду, чем пассивная пленка чистого никеля. В окружающей морской воде, Скорость коррозии Monel 400 ниже 025 мм/год по сравнению с 1 - 5 мм/год для чистого никеля при точечной атаке. Медь также повышает прочность сплава (выход 240 - 345 МПа против 103 - 207 МПа для чистого никеля) и повышает устойчивость к поражению коррозии в проточной морской воде до 3 - 4 м/с.

Q7: Какие стандарты регулируют формы никеля и Монеля?

ASTM B162 охватывает Никелевая пластинаSheet, and strip (Ni200 и Ni201); B161 покрывает бесшовную никелевую трубу; B160 покрывает никель-слиток; B163 покрывает никелевый конденсатор и трубку теплообменника. Для Monel 400: ASTM B127 покрывает пластину, лист и полосу; B165 покрывает бесшовную трубку; B164 покрывает бар. ASME B16.5 и B16.9 регулируют размеры фланца и фитинга для обоих материалов. Полный никелевый продукт PO должен ссылаться на стандарт ASTM на форму продукта плюс класс (обозначение ООН): например, ASTM B162 UNS N02201 для пластины Ni201 или ASTM B127 UNS N04400 для пластины Monel 400. Указание только ".Никелевая пластина"или" Монельная пластинка "без стандарта ASTM и UNS оставляет проверку материалов открытой.