Przegląd badań i zastosowań stopów miedzi z niklem, w tym badania dotyczące klasyfikacji, właściwości i zastosowań oraz wymagań użytkowych stopów miedzi z niklem
Streszczenie: Szybki rozwój przemysłu morskiego postawił coraz większe wymagania wobec materiałów stosowanych w inżynierii morskiej, w tym białej miedzi, która jest szeroko stosowana w statkach, niektórych elektrowniach i odsalaniu wody morskiej. Ponieważ podlega długotrwałej erozji i korozji spowodowanej wodą morską, jeśli odporność na korozję nie spełnia wymagań użytkowania, nastąpi awaria korozyjna, powodująca ogromne straty. Dlatego też biała miedź przyciąga coraz większą uwagę ze względu na dobrą odporność na korozję w wodzie morskiej (szczególnie dobrą odporność na korozję erozyjną) i odporność na zmęczenie korozyjne, doskonałą wydajność obróbki na zimno i na gorąco oraz wysoką wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności i inne właściwości.
Słowa kluczowe: miedź biała; kompozycja; odporność na korozję; aplikacja
Numer klasyfikacyjny CTL: TG146.15 Kod dokumentu: A
Wraz z rozwojem przemysłu morskiego, wybór materiałów do systemów chłodzenia wodą morską ewoluował od wczesnej miedzi TUP, mosiądzu aluminiowego i stali nierdzewnej do obecnego stopu miedzi i niklu o lepszej odporności na korozję w wodzie morskiej. Biała miedź wykorzystuje nikiel jako główny pierwiastek i zawiera niewielką ilość Fe, Mn i innych pierwiastków, tworząc ciągły, jednofazowy roztwór stały, zapewniający dobrą ciągliwość, odporność na uderzenia i stabilność termiczną. Jednocześnie nieskończony stały roztwór miedzi i niklu zapobiega przemianom fazowym podczas późniejszej obróbki na gorąco i na zimno, dzięki czemu ma niewielki wpływ na właściwości mechaniczne i odporność stopu na korozję. W artykule przedstawiono różne stopy miedzi białej i ich zastosowania oraz podsumowano postęp badań nad stopami miedzi i niklu. Rysunek 1 przedstawia system platform morskich, a rysunek 2 przedstawia wymagania dotyczące wydajności materiałów.
1. Klasyfikacja stopów miedzi i niklu
Tabela 1 przedstawia gatunek i skład pierwiastkowy stopu miedzioniklu. Cupronickel można podzielić na miedzionikiel manganowy, miedzionikiel żelazowy, zwykły miedzionikiel, miedzionikiel aluminiowy i miedzionikiel cynkowy. Ze względu na różną zawartość pierwiastka Ni jego właściwości są różne, a okazje zastosowania również są różne. różny. Ze względu na niezastąpioną odporność na korozję i wiele właściwości przewyższających tradycyjne stopy, ma on ogromny potencjał aplikacyjny.
2. Właściwości i zastosowania stopów miedzi i niklu
Zwykła biała miedź jest zazwyczaj konstrukcyjnym stopem miedzi i niklu. Oprócz wysokiej odporności na korozję ma również dobre wszechstronne właściwości mechaniczne w wysokich i niskich temperaturach, to znaczy dobrą plastyczność i wytrzymałość. Zwykle stosuje się go w postaci prętów lub pasków. Jednocześnie dodanie niektórych pierwiastków stopowych, takich jak Fe, Mn, Zn i Al na bazie zwykłej białej miedzi, może osiągnąć specjalne wymagania wydajnościowe w praktycznych zastosowaniach i lepiej sprostać potrzebom przemysłowym. Najpowszechniej stosowaną miedź żelazowo-niklową jest BFe10-1-1 (C70600) i
obraz.png
BFe30-1-1 (C71500), gdy udział masowy Ni wynosi od 30% do 10%, stop ma szerszy zakres pasywacji i najlepszą odporność na korozję. Stop ma również bardzo dużą odporność na erozję i korozję powodowaną przez wodę morską i nazywany jest „stopem do inżynierii morskiej”. Główne zastosowania miedzi i stopów miedzi w inżynierii morskiej przedstawiono w tabeli 2.
Stopy BFe10-1-1 i BFe30-1-1 mają zalety dobrej odporności na erozję i korozję powodowaną przez wodę morską, wysoki współczynnik przenikania ciepła, doskonałe właściwości mechaniczne/spawalnicze, hamowanie adhezji drobnoustrojów morskich itp. i są szeroko stosowane w silnikach głównych i pomocniczych statków. Rury wody chłodzącej, rurociągi przeciwpożarowe na morskich platformach wydobywczych ropy naftowej, wymienniki ciepła w elektrowniach, skraplacze w przybrzeżnych elektrowniach jądrowych i podgrzewacze solanki w wielostopniowych urządzeniach odparowania błyskawicznego do odsalania wody morskiej [2-4). Jednocześnie stop BFe30-1-1 ma wyższą wytrzymałość i jest również stosowany w częściach konstrukcyjnych o dużej wytrzymałości, takich jak wały, elementy złączne, trzonki zaworów i kołnierze niektórych urządzeń morskich. Stop BFe30-2-2, który jest odporny na erozję wody morskiej i korozję piaskową, został opracowany w celu rozwiązania problemu wysokiej zawartości piasku w wodzie morskiej na Morzu Wschodniochińskim [5]. BFe10-1-1
obraz.png
Właściwości mechaniczne rur ze stopów BFe{{0}} w stanie twardym powinny spełniać: wytrzymałość na rozciąganie większą lub równą 370MPa, granicę plastyczności większą lub równą 150MPa, wydłużenie większe lub równe 18%, Twardość Vickersa Większa lub równa 85; odporność na korozję: ilość korozji (50 stopni, 3,5% NaCl w wodzie morskiej) Mniejsza lub równa 0,025 mm/a, nie jest dozwolona korozja wżerowa. Biała miedź manganowa (stop BMn3-12) ma umiarkowany współczynnik rezystancji, mały współczynnik temperaturowy rezystancji i jest stosunkowo stabilna. Ze względu na dobre właściwości elektryczne stop BMn3-12 może być stosowany do wytwarzania standardowych rezystorów i elementów rezystancyjnych innych precyzyjnych przyrządów. Wraz z rozwojem czasów wymagania dotyczące precyzji przyrządów są coraz wyższe, dlatego badania nad tym stopem nie mogą poprzestać na zmianie składu i zawartości stopu [6]. Dzięki wyżarzaniu, poziomemu wytłaczaniu i procesom ciągnienia stop BMn3-12 ma specjalne spójne bliźniacze granice, które mogą poprawić wytrzymałość materiału bez wpływu na jego przewodność. Stop BMn40-1.5 to elektryczny stop miedzi i niklu, który był używany wcześniej niż stop BMn3-12. Ze względu na mniejszy współczynnik temperaturowy rezystancji ma lepszą odporność na ciepło i może być stosowany w szerszym zakresie temperatur. W porównaniu ze stopem BMn3-12 stop BMn40-1.5 ma wyższy potencjał termoelektryczny w stosunku do miedzi, dlatego nadaje się na rezystory precyzyjne, rezystory ślizgowe, transformatory rozruchowe i regulacyjne oraz tensometry rezystancyjne dla prądu przemiennego [8 ] Miedź aluminiowo-niklowa ma zarówno wysoką wytrzymałość, jak i dobrą plastyczność i wytrzymałość. Wśród nich stop BAl13-3 jest często używany do wytwarzania części odpornych na korozję o większej wytrzymałości, a stop BAl16-1.5 jest używany do wytwarzania sprężyn płaskich o ważnych zastosowaniach. Przez długi czas, w celu poprawy wydajności miedzi aluminiowo-niklowej, często dodaje się niewielką ilość pierwiastków śladowych w celu wytworzenia wzmocnionej osnowy z miedzi aluminiowo-niklowej, która ma dobrą przewodność przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wytrzymałości, aby spełnić wymagania praktycznego zastosowania . Ponieważ miedź aluminiowo-niklowa ma wysoką wytrzymałość, wysoką przewodność elektryczną i dobrą odporność na zużycie, może być stosowana jako potencjalny materiał na ramy ołowiane i części odporne na zużycie [9-11).
Miedzionikiel cynkowy (stop BZn18-18BZn15-20) nazywany jest także „niemieckim srebrem” [12]. Ponieważ miedź cynkowo-niklowa ma zalety dobrej wytrzymałości na rozciąganie, odporności zmęczeniowej i odporności na korozję, stosowana jest głównie jako powłoki elementów lub kryształów, sprzętu medycznego, materiałów konstrukcyjnych i osłon instrumentów dętych [13].
3. Wymagania użytkowe stopów miedzi i niklu
Wraz z szybkim rozwojem przemysłu stoczniowego w moim kraju, morskiego przemysłu naftowego i gazowego, górnictwa morskiego, energetyki morskiej i przemysłu odsalania wody morskiej, wymagania dotyczące materiałów stają się coraz wyższe [16]. Wśród nich najczęściej stosowane są rury ze stopów miedzi i niklu. Rury skraplacza ze stopu miedzi dla statków od dawna pracują w wysokich temperaturach, wysokim ciśnieniu i wysoce korozyjnym czynniku chłodzącym – środowisku wody morskiej. Dlatego nie wystarczy już, aby skład chemiczny, właściwości mechaniczne i odporność produktu na korozję w wodzie morskiej spełniały wymagania. Należy również postawić rygorystyczne wymagania dotyczące dokładności wymiarów geometrycznych, wydajności procesu, organizacji wewnętrznej i innych wskaźników. Jednocześnie od rur ze stopów miedzi i niklu wymaga się również dobrej odporności na korozję. , wysoki współczynnik przenikania ciepła, duża średnica, wysoka precyzja, doskonała technologia spawania mechanicznego i dobra zdolność do hamowania adhezji mikroorganizmów morskich [17] i inne cechy. Obecnie, ze względu na problemy ze sprzętem do przetwarzania w Chinach, stopy miedzi o dużej średnicy w dalszym ciągu nie mogą być produkowane masowo i opierają się głównie na imporcie zagranicznym. Dlatego nadal należy przezwyciężyć trudności produkcyjne rur miedzianych o dużej średnicy.
4. Postęp badań stopów miedzi i niklu
4.1 Mechanizm korozji stopu miedzi i niklu
Rysunek 4 przedstawia różne procesy reakcji korozyjnej miedzioniklu w utlenionej wodzie morskiej. Linia AB na rysunku przedstawia proces reakcji katodowej miedzioniklu w wodzie morskiej, który można wyrazić jako:
1/2[O2]+[H2O]+2e−=2[OH−] (1)
Linia CD na rysunku 4 przedstawia proces reakcji anodowej białej miedzi bez pasywacji w wodzie morskiej. Można to wyrazić jako:
Cu=Cu++e-(2)
T1, T2, T3 na rysunku 4
Krzywa przedstawia proces reakcji anodowej pasywacji białej miedzi w wodzie morskiej. Linia EF to proces reakcji wydzielania się wodoru z białej miedzi na skutek braku tlenu, dlatego podczas tego procesu nie powstają produkty pasywacji ani korozji.
Cu(lubCu2O)=Cu2++2e−(3)
obraz.png
2[Cu2+]+3[OH−]+[Cl−]=Cu2(OH)3Cl (4)
4.2 Badania odporności korozyjnej stopu miedzi z niklem
Aby spełnić wymagania eksploatacyjne materiałów stosowanych w przemyśle morskim, przeprowadzono wiele badań w celu poprawy odporności na korozję stopów miedzi i niklu. Deng Chuping [19] stwierdził, że wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie białej miedzi z dodatkiem Ce pierwiastka ziem rzadkich uległy poprawie, a struktura ziaren była gęstsza. Co więcej, dodanie pierwiastka ziem rzadkich Ce mogłoby poprawić typową korozję deniklową stopu w mediach zawierających siarkę. tendencja. Jiang i in. [20] zbadali wpływ różnej zawartości Fe na strukturę i właściwości stopu B10 i odkryli, że wraz ze wzrostem zawartości Fe odporność na korozję wykazywała tendencję najpierw rosnącą, a następnie malejącą, ale nie badali dalej mechanizmu odporności na korozję . Badania. Pekiński Instytut Badań nad Metalami Nieżelaznymi
Zhang Jianing [21] znalazł najlepszy stosunek stopu do poprawy odporności na korozję B10 poprzez kontrolowanie stosunku Fe/Mn. Badanie wykazało, że gdy Fe/Mn=3:2, odporność na korozję stopu jest najlepsza. Ma i in. [22] Chińskiej Akademii Nauk odkryli, że zastosowanie roztworu stałego + odkształcenie poprzez walcowanie na zimno + proces wyżarzania rekrystalizującego może zwiększyć liczbę granic ziaren i granic bliźniaczych, uzyskując w ten sposób stop o lepszej odporności na korozję.
5. Wniosek
W artykule za punkt wyjścia przyjęto głównie stop miedzi i niklu, wyjaśniono skład chemiczny i scenariusze zastosowań różnych stopów miedzi i niklu, przedstawiono wiodące fabryki produkujące miedziane rury skraplacza w kraju i za granicą oraz parametry rur ze stopów miedzi i niklu do krajowe rurociągi systemu morskiego. popyt i przyszłe trendy w rozwoju stopów miedzi i niklu. W artykule podsumowano główny postęp badań nad stopami miedzi i niklu. Obecnie główny postęp polega na dodawaniu śladowych ilości pierwiastków ziem rzadkich do dodawania różnych zawartości.
Pierwiastek Fe, zmieniający stosunek pierwiastków stopowych osnowy i inżynierię granic ziaren w celu poprawy odporności korozyjnej stopów miedzi i niklu.
