Nikkellegeringer vs rustfritt stål: nøkkelforskjeller, egenskaper og industrielle anvendelser

Nikkellegeringerogrustfritt ståler begge mye brukte korrosjonsbestandige-metalliske materialer med høy-styrke i industrielle applikasjoner. Når de velger industrielle materialer, står ingeniører og innkjøpsteam ofte overfor et avgjørende spørsmål: skal vi velge nikkellegeringer eller rustfritt stål? Imidlertid er de to vesentlig forskjellige i sammensetning, kjerneegenskaper og anvendelige scenarier. Denne artikkelen vil detaljere forskjellene mellom nikkellegeringer og rustfritt stål fra fem aspekter: driftstemperatur, kjemisk sammensetning, korrosjonsbestandighet, bruksområder og pris.

For det første, fra et kjemisk sammensetningsperspektiv, er rustfritt stål først og fremst en ferrolegering; Monel, ferrokrom-nikkel og Hastelloy er nikkellegeringer.

Hovedkomponenten i rustfritt stål er jern, med et jerninnhold på over 65 %, og noen ferritiske og martensittiske rustfrie stål når til og med over 80 %. Derimot har nikkellegeringer typisk et jerninnhold under 50 %. Noen nikkellegeringer, som Hastelloy C-2000, har et jerninnhold til og med under 3 %.

Når det gjelder nikkelinnhold, har nikkellegeringer ofte et nikkelinnhold på over 30 %, noen til og med over 70 %. Rustfritt stål har derimot et nikkelinnhold på mindre enn 30 %, og noen ferritiske og martensittiske rustfrie stål inneholder ikke nikkel i det hele tatt.

Både rustfritt stål og nikkellegeringer inneholder omtrent 20 % krom. Krom er en svært effektiv korrosjonsinhibitor og er den primære kilden til korrosjonsmotstanden til rustfritt stål og nikkellegeringer.

Driftstemperaturen er den største forskjellen mellom rustfritt stål og nikkellegeringer. Vanligvis brukes rustfritt stål i romtemperaturapplikasjoner, mens nikkellegeringer primært brukes i høye-temperaturmiljøer. En av de viktigste faktorene som bestemmer denne egenskapen er nikkelinnholdet. Fordi jern ikke kan opprettholde en stabil struktur ved høye temperaturer, er det vanskelig å garantere den høye-temperaturytelsen til rustfritt stål, som hovedsakelig består av jern.

Nikkel, på den annen side, opprettholder perfekt den austenittiske strukturen til legeringen ved høye temperaturer; bare nikkel-baserte legeringer fungerer godt ved høye temperaturer. Selv om nikkel også er tilstede i noen austenittiske rustfrie stål, forblir deres nikkelinnhold svært lavt.

VidereMonel legeringerbrukes ofte ved romtemperatur fordi korrosjonsmotstanden til kobber avtar ved høye temperaturer.

Nikkel, krom og molybden er hovedelementene som bestemmer korrosjonsmotstanden til rustfritt stål og nikkellegeringer.

Nikkel og molybden er de virkelige forskjellene mellom nikkellegeringer og rustfritt stål. Nikkel i seg selv er et utmerket-korrosjonsbestandig element; i motsetning til jern, som korroderer lett i luft, har nikkellegeringer naturlig nok et bedre grunnlag for korrosjonsbestandighet enn rustfritt stål.

Krom danner en oksidfilm på metalloverflaten når det kommer i kontakt med oksygen. Denne oksidfilmen forhindrer effektivt ytterligere oksidasjon av legeringen. Forskjellen i krominnhold mellom nikkellegeringer og rustfritt stål er ikke signifikant; begge viser utmerket oksidasjonsmotstand.

Molybden er et metallisk grunnstoff med god motstand mot å redusere korrosjon. Sammenlignet med rustfritt stål har nikkellegeringer ofte et høyere molybdeninnhold. En typisk legering med høyt molybdeninnhold er Hastelloy B-3, som har et molybdeninnhold så høyt som 30 %. Oppsummert er nikkellegeringer overlegne rustfritt stål når det gjelder total korrosjonsbestandighet.

Rustfritt stål

Nikle Alloy

Nikkellegeringer og rustfritt stål har mange overlappende bruksområder fordi de begge er korrosjonsbestandige-legeringer. Imidlertid er det tre hovedforskjeller i applikasjonene deres:

1. Rustfritt stål er ikke egnet for bruk med høy-temperatur, mens de fleste bruksområder med høy-temperatur krever nikkellegeringer, for eksempel motorer, kjernekraftverksreaktorer og dype oljebrønner.

2. Rustfritt stål har brede bruksområder i sivile felt, som servise, medisinsk utstyr og konstruksjon. Nikkellegeringer brukes først og fremst i industrielle og militære applikasjoner.

3. Korrosjonsbestandigheten til rustfritt stål er begrenset til oksiderende miljøer. Hvis det korrosive miljøet blir spesialisert og komplekst, kan de fleste rustfrie stål ikke motstå slik korrosjon.

For det første er nikkellegeringer betydelig dyrere enn rustfritt stål på grunn av den betydelige prisforskjellen mellom nikkel og jern.

For det andre har nikkellegeringer typisk et høyere molybdeninnhold, og molybden er flere ganger dyrere enn nikkel. Under normale forhold er nikkellegeringer sterkere enn rustfritt stål, noe som øker vanskeligheten med å bearbeide dem. Denne økte maskineringsvanskeligheten er en annen viktig faktor som bidrar til deres høyere pris.

Til slutt, den mer komplekse sammensetningen av nikkellegeringer, desto strengere kontroll over sporelementer og de høyere kravene til råvarer øker indirekte prisen.

Både rustfritt stål og nikkellegeringer er korrosjonsbestandige-materialer. I de fleste tilfeller,nikkellegeringerovergå rustfritt stål. En viktig forskjell ligger i deres driftsmiljø: rustfritt stål brukes vanligvis ved romtemperatur, mens nikkellegeringer ofte brukes ved høye temperaturer. Naturligvis kommer den overlegne ytelsen til nikkellegeringer til en høyere pris. Kunder kan velge det mest passende materialet basert på deres budsjett og behov.