หากคุณดูนิกเกิล 200 และนิกเกิล 201 เคียงข้างกัน คุณอาจคิดว่ามันเป็นวัสดุชนิดเดียวกัน และคุณคงพูดถูกแล้ว - ทั้งคู่เป็นนิกเกิลบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ที่มีปริมาณนิกเกิลอย่างน้อย 99.0% ความแตกต่างเกิดขึ้นที่ธาตุผสมเพียงชนิดเดียว นั่นก็คือ คาร์บอน

นิกเกิล 200ปล่อยคาร์บอนได้มากถึง 0.15% นิกเกิล 201 จำกัดคาร์บอนสูงสุด 0.02% นั่นคือความแตกต่างเพียง 0.13 เปอร์เซ็นต์ - ซึ่งน้อยกว่าน้ำตาลในโซดากระป๋อง ความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ นี้กำหนดว่าระบบท่อของคุณจะอยู่รอดได้นานหลายทศวรรษในโรงงานโซดาไฟ หรือล้มเหลวอย่างหายนะภายในไม่กี่ปี

บทความนี้อธิบายด้วยภาษาที่ชัดเจนและเข้าถึงได้ว่าทำไมปริมาณคาร์บอนจึงมีความสำคัญมากในนิกเกิลบริสุทธิ์ วิธีเลือกระหว่างสองเกรดนี้ และเมื่อใดที่แต่ละเกรดเป็นตัวเลือกที่ถูกต้อง - หรือผิด - สำหรับการใช้งานของคุณ

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:นิกเกิล 200 และ 201 มีองค์ประกอบเหมือนกัน 99% แต่ความแตกต่างของคาร์บอน 0.13% ทำให้เกิดขอบเขตประสิทธิภาพที่ชัดเจนที่อุณหภูมิ 315 องศาเซลเซียส การทำความเข้าใจขอบเขตนี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรที่ระบุท่อนิกเกิลบริสุทธิ์

นิกเกิล 200 และ 201 คืออะไร?

นิกเกิล 200 (UNS N02200) และนิกเกิล 201 (UNS N02201)เป็นเกรดนิกเกิลบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ (CP) "บริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์" หมายความว่ามีนิกเกิลอย่างน้อย 99.0% โดยมีการควบคุมเฉพาะสิ่งเจือปนเล็กน้อยเพื่อรักษาคุณสมบัติทางกลและการกัดกร่อนโดยเฉพาะ

นิกเกิลบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1900 นิกเกิล 200 เป็นเกรดเชิงพาณิชย์ดั้งเดิมที่พัฒนาขึ้นสำหรับการผลิตโซดาไฟ (NaOH) ในทศวรรษที่ 1940 วิศวกรค้นพบว่าการสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงกว่า 600 องศาฟาเรนไฮต์ (315 องศาเซลเซียส) เป็นเวลานานทำให้เกิดปรากฏการณ์ประหลาด: นิกเกิลจะค่อยๆ สูญเสียความเหนียวและเกิดการสะสมตัวของ "กราไฟท์" ที่พื้นผิว สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนานิกเกิล 201 - ซึ่งเป็นตัวแปรที่มีคาร์บอนต่ำ- ซึ่งช่วยแก้ปัญหาได้

เกรดทั้งสองได้รับการระบุโดยการกำหนดระบบหมายเลขรวม (UNS):

นิกเกิล 200: UNS N02200 ("200" มาจากปริมาณนิกเกิล 99.2% ที่ระบุ)

นิกเกิล 201: UNS N02201 ("201" หมายถึงตัวแปรคาร์บอนต่ำ-)

ระบุหมายเลข UNS เสมอเมื่อสั่งซื้อ "ท่อนิกเกิล" ไม่ใช่ข้อกำหนดที่ถูกต้อง - คุณต้องระบุว่าคุณต้องการ N02200 หรือ N02201

องค์ประกอบทางเคมี

ตารางต่อไปนี้แสดงขีดจำกัดองค์ประกอบทางเคมีโดยสมบูรณ์สำหรับทั้งสองเกรด พร้อมด้วยค่าการวิเคราะห์ความร้อนโดยทั่วไปจากการผลิตจริง:

ตารางที่ 2: องค์ประกอบทางเคมี - นิกเกิล 200 เทียบกับ นิกเกิล 201 (ASTM B161-21)

โปรดสังเกตว่าความแตกต่างที่สำคัญเพียงอย่างเดียวคือปริมาณคาร์บอน องค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดจะถูกควบคุมให้มีขีดจำกัดเดียวกัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมคุณสมบัติทางกลและการกัดกร่อนจึงเกือบจะเหมือนกัน - ยกเว้นที่อุณหภูมิสูงซึ่งการกัดกร่อนของกราไฟต์จะกลายเป็นปัจจัยหนึ่ง

มุมวิทยาศาสตร์มัธยมปลาย:เหตุใดคาร์บอนจึงเกิดปัญหากับนิกเกิล อะตอมของคาร์บอนมีขนาดเล็กและสามารถอยู่ระหว่างอะตอมของนิกเกิลในโครงตาข่ายคริสตัลได้ ที่อุณหภูมิสูง อะตอมของคาร์บอนเหล่านี้สามารถจับตัวกันเป็นก้อนและเกิดเป็นกราไฟท์ - กระบวนการที่เรียกว่า "การตกตะกอน" ลองนึกภาพลูกเกดในมัฟฟินที่แผ่ออกเป็นเส้นผ่านมัฟฟิน - เส้นนั้นจะอ่อนกว่ามัฟฟินที่เหลือ กราไฟท์ที่ขอบเกรนก็ทำงานในลักษณะเดียวกัน

คุณสมบัติทางกล: ความแข็งแรงและความเหนียว

เนื่องจากความแตกต่างขององค์ประกอบที่มีนัยสำคัญเพียงอย่างเดียวคือคาร์บอน (และ 0.13% นั้นน้อยเกินไปที่จะส่งผลต่อ-คุณสมบัติของอุณหภูมิห้อง) นิกเกิล 200 และ 201 จึงมีสมบัติเชิงกลที่เหมือนกันโดยพื้นฐานที่อุณหภูมิห้อง:

ตารางที่ 3: คุณสมบัติทางกลของอุณหภูมิห้อง (ASTM B161-21)

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:นิกเกิล 200 และ 201 มีกลไกเหมือนกันที่อุณหภูมิห้อง ความแตกต่างของคาร์บอนไม่ส่งผลต่อความต้านทานแรงดึง ความแข็งแรงของผลผลิต หรือความเหนียวภายใต้สภาวะปกติ

คุณสมบัติอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ที่อุณหภูมิสูง ความแตกต่างของคาร์บอนจะมีนัยสำคัญ นิกเกิล 201 ยังคงความแข็งแรงที่เป็นประโยชน์ต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น เนื่องจากไม่ได้รับผลกระทบจากกราไฟต์ที่อ่อนลง:

ตารางที่ 4: การเปรียบเทียบความแข็งแรงของผลผลิตอุณหภูมิที่สูงขึ้น

หมายเหตุสำคัญ: นิกเกิลบริสุทธิ์ไม่ใช่วัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง- สำหรับการให้บริการอย่างต่อเนื่องที่สูงกว่า 540 องศา (1,000 องศา F) ให้พิจารณา Incoloy 800H/HT หรือ Inconel 600 ซึ่งคงความแข็งแรงที่เป็นประโยชน์จนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นมาก

ความต้านทานการกัดกร่อน

นิกเกิลบริสุทธิ์ (ทั้ง 200 และ 201) มีความต้านทานการกัดกร่อนด้วยฟิล์มออกไซด์ที่เกาะตัวบางซึ่งก่อตัวบนพื้นผิว ฟิล์มนี้มีความทนทานต่อการโจมตีด้วยอัลคาไลน์สูง และให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

การใช้งานที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวสำหรับนิกเกิล 200 และ 201 คือการจัดการโซดาไฟ (NaOH) และโปแตชโซดาไฟ (KOH) สารเคมีเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในทุกสิ่งตั้งแต่การผลิตสบู่ไปจนถึงการผลิตอลูมิเนียมไปจนถึงการผลิตไบโอดีเซล

ตารางที่ 5: ความต้านทานด่างกัดกร่อน - นิกเกิล 200 และ 201

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:ไม่มีวัสดุโครงสร้างทั่วไปอื่นๆ ที่ตรงกับความต้านทานของนิกเกิลบริสุทธิ์ต่อด่างกัดกร่อนได้ เหล็กคาร์บอนสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว เหล็กสเตนเลสจะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนที่เกิดจากความเค้นกัดกร่อน นิกเกิล 200/201 เป็นตัวเลือกสุดท้าย

สภาพแวดล้อมอื่นๆ

นิกเกิลบริสุทธิ์ยังทำงานได้ดีในสภาพแวดล้อมอื่นๆ แม้ว่าจะไม่ใช่วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อน "สากล"- เช่น Hastelloy C276:

ตารางที่ 6: คู่มือความเหมาะสมด้านสิ่งแวดล้อม - นิกเกิล 200 และ 201

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:นิกเกิล 200/201 มีคุณสมบัติเป็นเลิศในด้านสารกัดกร่อน/ด่างและเกลือที่เป็นกลาง แต่ไม่เหมาะสำหรับการออกซิไดซ์กรด ก๊าซเปรี้ยว หรือน้ำทะเลไหล สำหรับสภาพแวดล้อมเหล่านั้น ควรระบุโลหะผสมนิกเกิลอื่นๆ (Inconel, Incoloy, Hastelloy, Monel)

การใช้งาน: ในกรณีที่ใช้นิกเกิล 200 และ 201

ท่อนิกเกิลบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่น่าประหลาดใจ ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายการใช้งานที่พบบ่อยที่สุดสำหรับแต่ละเกรด

การแปรรูปสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (การใช้งานหลัก)

อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเป็นผู้บริโภคท่อนิกเกิล 200 และ 201 รายใหญ่ที่สุด อุปกรณ์สำคัญประกอบด้วย:

เครื่องระเหยและสารเผาที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (โดยที่ NaOH มีความเข้มข้นตั้งแต่ 50% ถึง 99%+)

ท่อจัดเก็บและถ่ายโอน NaOH

ส่วนหัวและท่อเซลล์คลอร์-

ระบบการผลิตและการทำให้บริสุทธิ์ KOH

สายการผลิตโซเดียมไฮโปคลอไรต์ (สารฟอกขาว)

สำหรับการใช้งานทั้งหมดเหล่านี้ นิกเกิล 201 เป็นตัวเลือกเริ่มต้นเนื่องจากอุณหภูมิของเครื่องระเหยและเครื่องเผามักจะเกิน 315 องศา

การแปรรูปอาหารและเครื่องดื่ม

นิกเกิล 200 และ 201 เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA- (21 CFR) สำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับอาหาร โลหะไม่ได้ให้รสชาติหรือสีโลหะแก่ผลิตภัณฑ์อาหาร

การใช้งานได้แก่:

เครื่องปฏิกรณ์และท่อไฮโดรจิเนชันของน้ำมันพืช

ระบบพาสเจอร์ไรซ์นม

การแปรรูปน้ำตาล (อ้อยและบีทรูท)

การผลิตกรดซิตริกและการทำให้บริสุทธิ์

การผลิตเครื่องดื่มและการบำบัดน้ำ

เภสัชกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพ

ระบบจ่ายน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง- (WFI=น้ำฉีด)

ไปป์ไลน์การถ่ายโอนรีเอเจนต์ในการสังเคราะห์ API (ส่วนผสมทางเภสัชกรรมที่ออกฤทธิ์)

เพลากวนเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพและท่อจุ่ม

ระบบไอน้ำปลอดเชื้อ (สร้าง WFI-)

การบินและอวกาศและกลาโหม

ท่อจ่ายน้ำมันไฮดรอลิก (ทนทานต่อของเหลว Skydrol และฟอสเฟตเอสเตอร์)

อุปกรณ์สนับสนุนภาคพื้นดินท่อน้ำมันเชื้อเพลิง

การผลิตกระสุน (อ่างบำบัดอัลคาไลน์)

การเชื่อมและการผลิต

นิกเกิลบริสุทธิ์สามารถเชื่อมได้โดยใช้กระบวนการมาตรฐาน แต่มีข้อควรพิจารณาที่สำคัญหลายประการ

การเลือกโลหะฟิลเลอร์

ตารางที่ 7: การเลือกโลหะตัวเติมสำหรับนิกเกิล 200 และ 201

กฎการเชื่อมที่สำคัญ

กฎต่อไปนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จในการเชื่อมนิกเกิลบริสุทธิ์:

1. ความสะอาดเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการเดียว ขจัดน้ำมัน จาระบี สี และหมึกพิมพ์ทั้งหมดออก การปนเปื้อนทำให้เกิดรูพรุนและแตกร้าว

2. ไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่อง นิกเกิลบริสุทธิ์ไม่แข็งตัวเมื่อทำความเย็น (เป็นออสเทนนิติกอย่างสมบูรณ์) การอุ่นเครื่องไม่จำเป็นและสามารถส่งเสริมการตกตะกอนของคาร์ไบด์ได้

3. อุณหภูมิระหว่างทาง: สูงสุด 150 องศา อุณหภูมิระหว่างทางที่มากเกินไปอาจทำให้เกรนเติบโตและลดความเหนียวลง

4. ควรเลือกใช้เทคนิค Stringer Bead หลีกเลี่ยงการทอซึ่งทำให้เกิดการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของนิกเกิลสูง

5. ก๊าซสำรองอาร์กอน ใช้ก๊าซสำรองอาร์กอน 100% บนเส้นทางผ่านรูทสำหรับ GTAW เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่ด้านรากเชื่อม

6. โลหะตัวเติมต้องเป็นเกรดโลหะผสมนิกเกิล- ห้ามใช้เหล็กคาร์บอนหรือฟิลเลอร์สแตนเลสกับท่อนิกเกิล ผลการหลอมละลายของยูเทคติกจะทำให้เกิดการแตกร้าวอย่างรุนแรง

7. การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม: โดยทั่วไปไม่จำเป็น อย่างไรก็ตาม หากส่วนประกอบที่เชื่อมจะทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 315 องศา แนะนำให้อบอ่อนด้วยสารละลายทั้งหมด (980 องศา ดับด้วยน้ำ) เพื่อละลายคาร์ไบด์ที่อาจก่อตัวขึ้น

8. การเชื่อมที่ไม่เหมือนกันกับเหล็กกล้าคาร์บอน: ใช้ฟิลเลอร์ ERNi-1 "เนย" ด้านเหล็กคาร์บอนที่มีตัวเติมนิกเกิลก่อนจากนั้นจึงต่อเข้ากับท่อนิกเกิล

9. การควบคุมความแข็ง: สำหรับการให้บริการที่มีรสเปรี้ยว (หายากสำหรับนิกเกิลบริสุทธิ์) ให้ตรวจสอบค่าสูงสุด 22 HRC ต่อ NACE MR0175 โปรดทราบว่านิกเกิลบริสุทธิ์ไม่อยู่ในรายการ NACE MR0175

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ถาม: ฉันสามารถเปลี่ยน Nickel 201 เป็น Nickel 200 ได้หรือไม่

ตอบ: ใช่อย่างแน่นอน นิกเกิล 201 เป็น "ซุปเปอร์เซ็ต" ของนิกเกิล 200 - ซึ่งมีคุณสมบัติเหมือนกันทั้งหมด พร้อมทั้งต้านทานการกัดกร่อนของกราไฟต์ ข้อเสียเพียงอย่างเดียวคือต้นทุนที่สูงขึ้น 5-10%

ถาม: ฉันสามารถเปลี่ยน Nickel 200 เป็น Nickel 201 ได้หรือไม่

ตอบ: เฉพาะในกรณีที่คุณสามารถรับประกันได้ว่าอุณหภูมิในการให้บริการจะไม่เกิน 315 องศา (600 องศา F) รวมถึงสภาวะที่ไม่ปกติ ไอน้ำออก- และการฆ่าเชื้อ หากมีข้อสงสัยให้ใช้นิกเกิล 201

ถาม: นิกเกิล 200/201 เหมาะกับน้ำทะเลหรือไม่?

ตอบ: ไม่แนะนำสำหรับน้ำทะเลที่ไหล นิกเกิลบริสุทธิ์ไม่มีโครเมียมหรือโมลิบดีนัม ดังนั้นจึงไวต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ ใช้ Inconel 625 หรือ Hastelloy C276 สำหรับบริการน้ำทะเล

ถาม: นิกเกิล 200/201 เหมาะสำหรับกรดซัลฟูริกหรือไม่

ตอบ: เฉพาะในสารละลายที่เจือจางมากเท่านั้น (<5% H₂SO₄) at room temperature. For concentrated sulfuric acid, use Alloy 20 or Alloy 31.

ถาม: นิกเกิล 200 และ "นิกเกิลบริสุทธิ์" แตกต่างกันอย่างไร

ตอบ: "นิกเกิลบริสุทธิ์" เป็นคำทั่วไป นิกเกิล 200 และ 201 เป็นนิกเกิลบริสุทธิ์เกรด ASTM- เฉพาะที่มีขีดจำกัดองค์ประกอบที่กำหนดไว้ ระบุเกรด (200 หรือ 201) และหมายเลข UNS (N02200 หรือ N02201) เสมอ

ถาม: สามารถใช้นิกเกิล 200/201 กับบริการก๊าซเปรี้ยว (H₂S) ได้หรือไม่

ตอบ: ไม่ นิกเกิลบริสุทธิ์ไม่อยู่ในรายการ NACE MR0175/ISO 15156 และไม่เหมาะสำหรับบริการก๊าซเปรี้ยว ใช้ Incoloy 825, Hastelloy C276 หรือ Incoloy 925/945X สำหรับก๊าซเปรี้ยว

ถาม: ข้อกำหนด ASTM ใดครอบคลุมถึงท่อนิกเกิล 200/201

ตอบ: ASTM B161 ครอบคลุมท่อและท่อนิกเกิลไร้รอยต่อ ASTM B725 ครอบคลุมท่อนิกเกิลแบบเชื่อม ระบุหมายเลข ASTM ในใบสั่งซื้อของคุณเสมอ

ถาม: ฉันจะตรวจสอบได้อย่างไรว่าได้รับนิกเกิล 201 (ไม่ใช่ 200)

ตอบ: ขอใบรับรองโรงงาน (EN 10204 ประเภท 3.1) และตรวจสอบว่าปริมาณคาร์บอนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.02% คุณยังสามารถดำเนินการระบุวัสดุเชิงบวก (PMI) ได้ที่-ไซต์งาน แม้ว่า PMI จะไม่สามารถแยกแยะคาร์บอน 0.02% จากคาร์บอน 0.15% - ได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่ใบรับรองโรงงานถือเป็นข้อพิสูจน์ที่ชัดเจน