Nikkellegeringer vs rustfrit stål: nøgleforskelle, egenskaber og industrielle anvendelser

Nikkellegeringerogrustfrit ståler begge udbredte korrosionsbestandige-metalliske materialer med høj-styrke i industrielle applikationer. Ved udvælgelsen af ​​industrielle materialer står ingeniører og indkøbsteams ofte over for et afgørende spørgsmål: skal vi vælge nikkellegeringer eller rustfrit stål? De to adskiller sig dog væsentligt i sammensætning, kerneegenskaber og anvendelige scenarier. Denne artikel vil detaljere forskellene mellem nikkellegeringer og rustfrit stål fra fem aspekter: driftstemperatur, kemisk sammensætning, korrosionsbestandighed, anvendelser og pris.

For det første er rustfrit stål fra et kemisk sammensætningsperspektiv primært en ferrolegering; Monel, ferrochrom-nikkel og Hastelloy er nikkellegeringer.

Hovedbestanddelen af ​​rustfrit stål er jern, med et jernindhold på over 65 %, og nogle ferritiske og martensitiske rustfrie stål, der endda når over 80 %. Derimod har nikkellegeringer typisk et jernindhold under 50 %. Nogle nikkellegeringer, såsom Hastelloy C-2000, har et jernindhold selv under 3%.

Med hensyn til nikkelindhold har nikkellegeringer ofte et nikkelindhold på over 30 %, nogle endda over 70 %. Rustfrit stål har derimod et nikkelindhold på mindre end 30 %, og nogle ferritiske og martensitiske rustfrie stål indeholder slet ikke nikkel.

Både rustfrit stål og nikkellegeringer indeholder cirka 20 % krom. Chrom er en meget effektiv korrosionsinhibitor og er den primære kilde til korrosionsbestandigheden af ​​rustfrit stål og nikkellegeringer.

Driftstemperaturen er den største forskel mellem rustfrit stål og nikkellegeringer. Generelt bruges rustfrit stål typisk i rumtemperaturapplikationer, mens nikkellegeringer primært bruges i høje-temperaturmiljøer. En af de vigtigste faktorer, der bestemmer denne egenskab, er nikkelindholdet. Fordi jern ikke kan opretholde en stabil struktur ved høje temperaturer, er det vanskeligt at garantere den høje-temperaturydelse af rustfrit stål, som primært består af jern.

Nikkel, på den anden side, opretholder perfekt den austenitiske struktur af legeringen ved høje temperaturer; kun nikkel-baserede legeringer klarer sig godt ved høje temperaturer. Selvom nikkel også er til stede i nogle austenitiske rustfrie stål, forbliver deres nikkelindhold meget lavt.

DesudenMonel legeringerbruges ofte ved stuetemperatur, fordi korrosionsbestandigheden af ​​kobber falder ved høje temperaturer.

Nikkel, krom og molybdæn er hovedelementerne, der bestemmer korrosionsbestandigheden af ​​rustfrit stål og nikkellegeringer.

Nikkel og molybdæn er de virkelige forskelle mellem nikkellegeringer og rustfrit stål. Nikkel i sig selv er et fremragende-korrosionsbestandigt element; i modsætning til jern, der let korroderer i luften, har nikkellegeringer naturligvis et bedre grundlag for korrosionsbestandighed end rustfrit stål.

Chrom danner en oxidfilm på metaloverfladen, når det kommer i kontakt med ilt. Denne oxidfilm forhindrer effektivt yderligere oxidation af legeringen. Forskellen i chromindhold mellem nikkellegeringer og rustfrit stål er ikke signifikant; begge udviser fremragende oxidationsmodstand.

Molybdæn er et metallisk grundstof med god modstandsdygtighed over for at reducere korrosion. Sammenlignet med rustfrit stål har nikkellegeringer ofte et højere molybdænindhold. En typisk legering med et højt molybdænindhold er Hastelloy B-3, som har et molybdænindhold helt op til 30 %. Sammenfattende er nikkellegeringer overlegne i forhold til rustfrit stål med hensyn til overordnet korrosionsbestandighed.

Rustfrit stål

Nikle legering

Nikkellegeringer og rustfrit stål har mange overlappende anvendelser, fordi de begge er korrosionsbestandige-legeringer. Der er dog tre hovedforskelle i deres applikationer:

1. Rustfrit stål er ikke egnet til høje-temperaturapplikationer, mens de fleste høje-temperaturapplikationer kræver nikkellegeringer, såsom motorer, atomkraftværksreaktorer og dybe oliebrønde.

2. Rustfrit stål har brede anvendelsesmuligheder inden for civile områder, såsom bordservice, medicinske forsyninger og byggeri. Nikkellegeringer bruges primært i industrielle og militære applikationer.

3. Korrosionsbestandigheden af ​​rustfrit stål er begrænset til oxiderende miljøer. Hvis det korrosive miljø bliver specialiseret og komplekst, kan de fleste rustfrie stål ikke modstå en sådan korrosion.

For det første er nikkellegeringer væsentligt dyrere end rustfrit stål på grund af den betydelige prisforskel mellem nikkel og jern.

For det andet har nikkellegeringer typisk et højere molybdænindhold, og molybdæn er flere gange dyrere end nikkel. Under normale forhold er nikkellegeringer stærkere end rustfrit stål, hvilket øger vanskeligheden ved at bearbejde dem. Denne øgede bearbejdningsbesvær er en anden væsentlig faktor, der bidrager til deres højere pris.

Endelig øger den mere komplekse sammensætning af nikkellegeringer, den skærpede kontrol med sporstoffer og de højere krav til råvarer indirekte deres pris.

Både rustfrit stål og nikkellegeringer er korrosionsbestandige-materialer. I de fleste tilfælde,nikkellegeringerbedre end rustfrit stål. En vigtig forskel ligger i deres driftsmiljø: rustfrit stål bruges typisk ved stuetemperatur, mens nikkellegeringer ofte bruges ved høje temperaturer. Naturligvis kommer den overlegne ydeevne af nikkellegeringer til en højere pris. Kunder kan vælge det bedst egnede materiale baseret på deres budget og behov.