Новости

1. Ограничения производительности в высокотемпературных условиях
Значительное снижение прочности с повышением температуры: Медно-никелевые сплавы (например, Cu-Ni 70/30) испытывают снижение прочности на растяжение с 450 МПа до менее 300 МПа при температурах выше 300°C и демонстрируют повышенную склонность к ползучести. В отличие от них, никелевые сплавы (например, Inconel 625) могут использоваться в течение длительного времени при 650°C, что ограничивает применимость медно-никелевых фланцев в высокотемпературных паропроводах, нагревателях нефтеперерабатывающих заводов и аналогичных сценариях.
Риски высокотемпературного окисления и выщелачивания цинка: Медно-никелевые сплавы склонны к образованию рыхлого слоя оксида меди (CuO) в атмосферных условиях выше 400°C, что приводит к поверхностной коррозии. Медно-никелевые сплавы, содержащие цинк (например, некоторые модифицированные сплавы Cu-Ni-Zn), могут подвергаться коррозии выщелачивания цинка при высоких температурах, что ставит под угрозу однородность материала. В отличие от них, нержавеющая сталь 310S (с термостойкостью 1150°C) предлагает значительные преимущества в таких условиях.
II. Первоначальные затраты и ограничения по ресурсам
Стоимость материалов значительно выше, чем у обычных металлов: Медно-никелевые сплавы (например, Cu-Ni 90/10) стоят примерно в 5–8 раз дороже углеродистой стали и в 3–4 раза дороже нержавеющей стали 304. Если взять в качестве примера фланец DN100 PN16, то цена за единицу медно-никелевого фланца составляет примерно 2000 юаней, в то время как цена углеродисто-стального фланца составляет всего 300 юаней, что создает давление на первоначальные затраты на закупку для проектов с ограниченным бюджетом.
Дефицит медных ресурсов и волатильность цен: Будучи стратегическим ресурсом, медь подвержена значительным колебаниям цен из-за глобальной динамики спроса и предложения (за последние пять лет цены на медь на Лондонской бирже металлов колебались от 25 000 до 100 000 юаней за тонну), что может привести к неконтролируемым затратам по проекту; в отличие от этого, такие материалы, как углеродистая сталь и нержавеющая сталь, имеют более стабильные цепочки поставок и демонстрируют меньшие колебания цен.
III. Недостатки коррозионной стойкости в специфических средах
Недостаточная коррозионная стойкость в средах с сильными кислотами и щелочами: Медно-никелевые сплавы подвергаются быстрой коррозии в разбавленной серной кислоте (>5%), азотной кислоте (>10%) или едкой щелочи (pH >12). Например, в установках нейтрализации кислот и оснований в химической промышленности более подходящими являются нержавеющая сталь 316L (стойкая к азотной кислоте) или Hastelloy (стойкий к серной кислоте), в то время как медно-никелевые фланцы могут образовывать перфорации в течение нескольких месяцев.
Плохая устойчивость к аммиачной коррозии: Медно-никелевые сплавы подвергаются коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) при воздействии газообразного аммиака (NH₃) или солей аммония, и их использование запрещено на заводах по синтезу аммиака и в холодильных системах в холодильных камерах. В отличие от этого, фланцы из углеродистой стали и алюминиевой бронзы можно безопасно использовать в средах, содержащих аммиак.
4. Недостаточные механические свойства в экстремальных условиях
Ограничения по прочности в условиях высокого давления: Предел текучести медно-никелевых сплавов (примерно 150–250 МПа) ниже, чем у дуплексной стали (более 450 МПа) и никелевых сплавов (более 500 МПа). В трубопроводах высокого давления (например, при транспортировке природного газа при давлении 10 МПа и выше) медно-никелевые фланцы требуют увеличения толщины стенок для соответствия требованиям по прочности, что приводит к дальнейшему увеличению веса и стоимости, в то время как дуплексные стальные фланцы могут уменьшить размеры благодаря преимуществам прочности материала.
Ограничения по ударной вязкости при низких температурах: Хотя медно-никелевые сплавы сохраняют ударную вязкость при -196°C (температура СПГ), их ударная вязкость снижается при более низких температурах (например, -269°C в среде жидкого гелия). Никелевые сплавы (например, Inconel 625) сохраняют свои характеристики при -270°C и больше подходят для исследовательских объектов с экстремально низкими температурами.
5. Особые требования к обработке и техническому обслуживанию
Процесс сварки требует высокой совместимости со сварочными материалами: При сварке медно-никелевых сплавов необходимо использовать специализированную медно-никелевую сварочную проволоку (например, ERCuNi). Если ошибочно используются сварочные материалы из нержавеющей стали, в сварном шве могут выпадать хрупкие фазы, что приводит к снижению прочности более чем на 50%. В отличие от этого, фланцы из углеродистой стали можно сваривать с использованием стандартных электродов E43, которые имеют более низкие требования к процессу.
Затраты на обработку поверхности и очистку: Медно-никелевые фланцы требуют пассивации после обработки для повышения коррозионной стойкости, в то время как фланцы из нержавеющей стали можно использовать напрямую. В средах, содержащих серу, нефть и газ, на поверхностях медно-никелевых сплавов может образовываться черный сульфид меди (CuS), который не влияет на основной материал, но требует регулярной механической очистки, увеличивая трудоемкость технического обслуживания.
6. Ограничения по весу и установке
Высокая плотность приводит к давлению при установке: Плотность медно-никелевого сплава составляет примерно 8,9 г/см³, что в 1,14 раза больше, чем у углеродистой стали (7,8 г/см³) и в 3,3 раза больше, чем у алюминиевого сплава (2,7 г/см³). В крупномасштабных морских трубопроводах или эстакадах трубопроводов использование медно-никелевых фланцев может потребовать дополнительного усиления опорных конструкций, что увеличивает стоимость инженерных работ.
Риск гальванической коррозии при соединении разнородных металлов: Когда медно-никелевые сплавы вступают в прямой контакт с такими металлами, как углеродистая сталь или алюминий, наличие электролита (например, морской воды) может образовать гальваническую пару, вызывая действие медно-никелевого фланца в качестве катода и ускоряя коррозию разнородного металла. Например, при соединении медно-никелевого фланца с трубопроводом из углеродистой стали необходимо установить изолирующие прокладки или использовать защиту жертвенным анодом, что увеличивает сложность установки.
7. Экологические и специальные ограничения сценариев
Вопросы экологической чувствительности, связанные с выделением ионов меди: В сценариях со строгими требованиями к концентрации ионов меди (например, стандарты ЕС для питьевой воды требуют Cu < 2 мг/л), таких как пресноводное рыбоводство и очистка питьевой воды, скорость выделения ионов меди из медно-никелевых фланцев (примерно 0,05–0,1 мг/л после длительного погружения) соответствует стандартам. Однако некоторые проекты по-прежнему предпочитают использовать материалы, не содержащие меди (например, пластиковые фланцы PVDF), чтобы избежать потенциальных рисков.
Магнитная проницаемость влияет на работу специального оборудования: Медно-никелевые сплавы имеют магнитную проницаемость, близкую к 1 (слабые магнитные свойства), но в сценариях, требующих немагнитных материалов, таких как прецизионные магнитожидкостные уплотнения и сверхпроводящие магниты, необходимо использовать аустенитную нержавеющую сталь (магнитная проницаемость ≈ 1) или титановые сплавы (немагнитные), и медно-никелевые фланцы не могут соответствовать этим требованиям.
Резюме
Неотъемлемый недостаток медно-никелевых фланцев заключается в их ограниченной пригодности для сценариев, выходящих за рамки «баланса между коррозионной стойкостью и механическими свойствами»: в суровых условиях, таких как высокие температуры, сильные кислоты, высокое давление или экстремально низкие температуры, их характеристики превосходят никелевые сплавы, дуплексные стали и другие материалы. И наоборот, в экономически чувствительных, легких конструкциях или средах, включающих специальные среды (такие как аммиак, сильные кислоты или щелочи), углеродистая сталь, нержавеющая сталь или неметаллические материалы предлагают большие преимущества. При выборе материалов необходимо учитывать коррозионную активность рабочих условий, параметры температуры и давления, бюджет и сроки, а также экологические требования. Необходимо соблюдать баланс между «преимуществами коррозионной стойкости» и «ограничениями применения» медно-никелевых фланцев. При необходимости можно использовать композитные решения (например, медно-никелевые фланцы в сочетании с антикоррозионными покрытиями) для устранения любых недостатков.