En genomgång av forskning och tillämpning av koppar-nickellegeringar, inklusive forskning om klassificering, egenskaper och tillämpningar och prestandakrav för koppar-nickellegeringar
Sammanfattning: Den snabba utvecklingen av den marina industrin har ställt ökade krav på marintekniska applikationsmaterial, inklusive vit koppar, som används i stor utsträckning i fartyg, vissa kraftverk och avsaltning av havsvatten. Eftersom det är föremål för långvarig havsvattenerosion och korrosion, om korrosionsbeständigheten inte uppfyller användningskraven, kommer korrosionsfel att inträffa, vilket resulterar i enorma förluster. Därför har vit koppar rönt ökad uppmärksamhet på grund av dess goda korrosionsbeständighet i havsvatten (särskilt goda erosionskorrosionsegenskaper) och korrosionsutmattningsbeständighet, utmärkta kall och varm bearbetningsprestanda och höga draghållfasthet, sträckgräns och andra egenskaper.
Nyckelord: vit koppar; sammansättning; korrosionsbeständighet; Ansökan
CTL-klassificeringsnummer: TG146.15 Dokumentkod: A
Med utvecklingen av den marina industrin har materialvalet för havsvattenkylningssystem utvecklats från tidiga TUP-koppar, aluminiummässing och rostfritt stål till den nuvarande koppar-nickellegeringen med bättre motståndskraft mot havsvattenkorrosion. Vit koppar använder nickel som huvudelement och innehåller en liten mängd Fe, Mn och andra element för att bilda en kontinuerlig enfasig fast lösning, vilket ger den god duktilitet, slaghållfasthet och termisk stabilitet. Samtidigt förhindrar den oändliga fasta lösningen av koppar och nickel fasomvandling under senare varm- och kallbearbetning, så det har liten inverkan på legeringens mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet. Den här artikeln introducerar olika vita kopparlegeringar och deras tillämpningar, och sammanfattar forskningsframstegen för koppar-nickellegeringar. Figur 1 visar offshoreplattformssystemet och figur 2 visar kraven på materialprestanda.
1. Klassificering av koppar-nickellegeringar
Tabell 1 visar graden och grundämnessammansättningen av kopparnickellegering. Cupronickel kan delas in i mangan cupronickel, järn cupronickel, vanlig cupronickel, aluminium cupronickel och zink cupronickel. På grund av det olika innehållet av Ni-element är dess egenskaper olika, och appliceringstillfällena är också olika. annorlunda. På grund av dess oersättliga korrosionsbeständighet och många egenskaper som är överlägsna traditionella legeringar, har den stor användningspotential.
2. Egenskaper och tillämpningar av koppar-nickellegeringar
Vanlig vit koppar är i allmänhet en strukturell koppar-nickellegering. Förutom sin höga korrosionsbeständighet har den även goda omfattande mekaniska egenskaper vid höga och låga temperaturer, det vill säga god plasticitet och seghet. Det används vanligtvis som stavar eller remsor. Samtidigt kan tillsats av vissa spårlegeringselement som Fe, Mn, Zn och Al på basis av vanlig vit koppar uppnå speciella prestandakrav i praktiska tillämpningar och bättre möta industriella behov. Den mest använda järn-nickelkopparn är BFe10-1-1 (C70600) och
image.png
BFe30-1-1 (C71500), när massandelen av Ni är mellan 30 % och 10 %, har legeringen ett bredare passiveringsintervall och den bästa korrosionsbeständigheten. Legeringen har även superstark motståndskraft mot havsvattenerosion och korrosion, och kallas "marinteknisk legering". De huvudsakliga tillämpningarna av koppar och kopparlegeringar inom marinteknik visas i tabell 2.
BFe10-1-1 och BFe30-1-1-legeringar har fördelarna med god motståndskraft mot havsvattenerosion och korrosion, hög värmeöverföringskoefficient, utmärkta mekaniska/svetsningsegenskaper, hämning av marin mikrobiell vidhäftning, etc., och används ofta i fartygets huvud- och hjälpmotorer. Kylvattenledningar, brandskyddsrörledningar på oljeproduktionsplattformar till havs, värmeväxlare i kraftverk, kondensorer i kustnära kärnkraftverk och köldbärarvärmare i flerstegs blixtförångningsanordningar för avsaltning av havsvatten [2-4]. Samtidigt har BFe30-1-1-legering högre hållfasthet och används också i höghållfasta strukturella delar som axlar, fästelement, ventilskaft och flänsar på vissa marina enheter. BFe30-2-2-legeringen, som är resistent mot havsvattenerosionskorrosion och sandkorrosionsbeständighet, utvecklades för att hantera problemet med hög sandhalt i havsvatten i Östkinesiska havet [5]. BFe10-1-1
image.png
De mekaniska egenskaperna hos BFe{{0}} legeringsrör i hårt tillstånd bör uppfylla: draghållfasthet Större än eller lika med 370MPa, sträckgräns Större än eller lika med 150MPa, töjning Större än eller lika med 18%, Vickers hårdhet Större än eller lika med 85; korrosionsbeständighet: korrosionsmängd (50 grader, 3,5 % NaCl havsvatten) Mindre än eller lika med 0,025 mm/a, ingen gropkorrosion tillåts. Manganvit koppar (BMn3-12-legering) har en måttlig motståndskoefficient, en liten motståndstemperaturkoefficient och är relativt stabil. På grund av dess goda elektriska egenskaper kan BMn3-12-legering användas för att tillverka standardmotstånd och resistiva komponenter till andra precisionsinstrument. Med tidens utveckling blir kraven på instrumentens precision högre och högre, så forskningen kring denna legering kan inte stanna vid att förändra legeringens sammansättning och innehåll [6]. Genom glödgning, horisontella extruderingsfel och dragningsprocesser har BMn3-12-legeringen speciella sammanhängande tvillinggränser, som kan förbättra hållfastheten hos materialet utan att påverka materialets konduktivitet. BMn40-1.5-legering är en elektrisk koppar-nickellegering som användes tidigare än BMn3-12-legering. På grund av sin lägre temperaturkoefficient har den bättre värmebeständighet och kan användas i ett bredare temperaturområde. Jämfört med BMn3-12-legering har BMn40-1.5-legering en högre termoelektrisk potential mot koppar, så den är lämplig för precisionsmotstånd, glidmotstånd, start- och reglertransformatorer och motståndstöjningsmätare för AC [8 ]. Aluminium-nickel koppar har både hög hållfasthet och god plasticitet och seghet. Bland dem används ofta BAl13-3-legering för att göra korrosionsbeständiga delar med högre hållfasthet, och BAl16-1.5-legering används för att tillverka platta fjädrar med viktiga användningsområden. Under lång tid, för att förbättra prestandan hos aluminium-nickelkoppar, tillsätts ofta en liten mängd spårelement för att skapa en förstärkt matris av aluminium-nickelkoppar, som har god ledningsförmåga samtidigt som den bibehåller hög hållfasthet för att uppfylla praktiska tillämpningskrav . Eftersom aluminium-nickelkoppar har hög hållfasthet, hög elektrisk ledningsförmåga och god slitstyrka kan den användas som ett potentiellt material för blyramar och slitstarka delar [9-11].
Zink cupronickel (BZn18-18BZn15-20-legering) kallas också "tyskt silver" [12]. Eftersom zink-nickelkoppar har fördelarna med god draghållfasthet, utmattningsbeständighet och korrosionsbeständighet, används den främst som skal av komponenter eller kristaller, medicinsk utrustning, konstruktionsmaterial och vindinstrumentskal [13].
3. Prestandakrav för koppar-nickellegeringar
Med den snabba utvecklingen av mitt lands marina varvsindustri, offshore olje- och gasindustri, marin gruvdrift, marin kraft och havsvattenavsaltningsindustri, blir kraven på material högre och högre [16]. Bland dem används mestadels koppar-nickellegeringar. Kopparlegerade kondensorrör för fartyg har länge arbetat i hög temperatur, högt tryck och mycket korrosivt kylmedium - havsvattenmiljö. Därför räcker det inte längre att produktens kemiska sammansättning, mekaniska egenskaper och havsvattenkorrosionsbeständighet uppfyller kraven. Strikta krav måste också ställas på geometrisk dimensionsnoggrannhet, processprestanda, intern organisation och andra indikatorer. Samtidigt krävs också att koppar-nickellegeringar har god korrosionsbeständighet. , hög värmeöverföringskoefficient, stor diameter, hög precision, utmärkt mekanisk svetsteknik och god förmåga att hämma vidhäftningen av marina mikroorganismer [17] och andra egenskaper. För närvarande, på grund av problem med bearbetningsutrustning i Kina, kan kopparrörslegeringar med stor diameter fortfarande inte masstillverkas och är huvudsakligen beroende av utländsk import. Därför måste produktionssvårigheterna för kopparrör med stor diameter fortfarande övervinnas.
4. Forskningsframsteg av koppar-nickellegeringar
4.1 Korrosionsmekanism av koppar-nickellegering
Figur 4 visar de olika processerna för korrosionsreaktionen av kupronickel i syresatt havsvatten. AB-linjen i figuren är katodreaktionsprocessen för kupronickel i havsvatten, vilket kan uttryckas som:
1/2[O2]+[H2O]+2e−=2[OH−] (1)
CD-linjen i figur 4 är anodreaktionsprocessen för vit koppar utan passivering i havsvatten. Det kan uttryckas som:
Cu=Cu++e−(2)
T1, T2, T3 i figur 4
Kurvan är den anodiska reaktionsprocessen för passivering av vit koppar i havsvatten. EF-linjen är en väteutvecklingsreaktionsprocess av vit koppar på grund av brist på syre, så varken passiverings- eller korrosionsprodukter bildas under denna process.
Cu(orCu2O)=Cu2++2e−(3)
image.png
2[Cu2+]+3[OH−]+[Cl−]=Cu2(OH)3Cl (4)
4.2 Forskning om korrosionsbeständighet hos koppar-nickellegeringar
För att möta prestandakraven för marinindustrimaterial har mycket forskning gjorts för att förbättra korrosionsbeständigheten hos koppar-nickellegeringar. Deng Chuping[19] fann att draghållfastheten och töjningen av vit koppar tillsatt med sällsynt jordartsmetall Ce förbättrades, och kornstrukturen var tätare. Dessutom kan tillsats av sällsynt jordartsmetall Ce förbättra den typiska denickelkorrosionen hos legeringen i svavelhaltiga medier. tendens. Jiang et al. [20] studerade effekterna av olika Fe-halter på strukturen och egenskaperna hos B10-legering, och fann att när Fe-halten ökade visade korrosionsbeständigheten en trend att först öka och sedan minska, men undersökte inte vidare korrosionsbeständighetsmekanismen . Forskning. Beijing Nonferrous Metals Research Institute
Zhang Jianing [21] hittade det bästa legeringsförhållandet för att förbättra korrosionsbeständigheten hos B10 genom att kontrollera Fe/Mn-förhållandet. Studien fann att när Fe/Mn=3:2 är legeringens korrosionsbeständighet bäst. Ma et al. [22] från den kinesiska vetenskapsakademin fann att användningen av fast lösning + kallvalsningsdeformation + omkristallisationsglödgningsprocess kan öka antalet korngränser och tvillinggränser, och därigenom erhålla en legering med bättre korrosionsbeständighet.
5. Sammanfattning
Den här artikeln tar främst koppar-nickellegeringar som utgångspunkt, förklarar den kemiska sammansättningen och tillämpningsscenarierna för olika koppar-nickellegeringar, introducerar de ledande kopparkondensorrörsfabrikerna hemma och utomlands, och prestandan hos koppar-nickellegeringar för rörledningar för inhemska marina system. efterfrågan och framtida trender i utvecklingen av koppar-nickellegeringar. De huvudsakliga forskningsframstegen för koppar-nickellegeringar sammanfattas. För närvarande är det främsta framstegen från att lägga till spårmängder av sällsynta jordartsmetaller till att lägga till olika innehåll.
Fe-element, som ändrar förhållandet mellan matrislegeringselement och korngränsteknik för att förbättra korrosionsbeständigheten hos koppar-nickellegeringar.
