化学処理を超えて、透磁率や熱伝導率などのユニークな物理的特性のためにニッケル 201 (UNS N02201) パイプを利用している専門産業は何ですか?

1. Q: ニッケル 200 (UNS N02200) パイプとニッケル 201 (UNS N02201) パイプの基本的な違いは何ですか?また、工業調達においてこの違いが重要なのはなぜですか?

A:ニッケル 200 とニッケル 201 の根本的な違いは炭素含有量にあり、この違いは高温用途に重大な影響を及ぼします。-商業的に純粋な鍛造ニッケルグレードであるニッケル 200 には、最大 0.15% の炭素含有量が含まれています。対照的に、ニッケル 201 は最大炭素含有量が 0.02% の低炭素バリアントです。-

この炭素の削減は、単なる組成上のニュアンスではなく、-次の現象に直接対処しています。黒鉛化。ニッケル 200 が約 315 度から 600 度 (600 度から 1112 度) の範囲の温度に長時間さらされると、マトリックスに存在する炭素が遊離グラファイトとして析出する可能性があります。この析出により材料が脆化し、延性、耐衝撃性、および全体的な機械的完全性が大幅に低下します。深刻な場合、黒鉛化は応力下で致命的な故障を引き起こす可能性があります。

ニッケル 201 パイプは炭素含有量が極めて低いため、このリスクを効果的に排除します。-これらは、黒鉛化が起こる温度範囲で持続的に使用できるように特別に設計されています。調達の観点から見ると、この区別により、動作温度に基づいた材料の選択が決まります。常温または極低温の用途では、多くの場合、ニッケル 200 で十分であり、コストがわずかに低くなります。ただし、苛性蒸発器、合成繊維処理装置（特に溶融紡糸ポンプ）、および 315 度を超えて連続的に動作する高温化学反応装置などの装置では、ニッケル 201 は単なる代替品ではなく、必須の仕様です。-購入者は、高温環境下でのニッケル 201 の代わりにニッケル 200 を使用すると、早期故障の重大なリスクが生じるため、高温使用における材料の長期信頼性を保証するために炭素含有量の認証を確認する必要があります。{13}}

2. Q: UNS N02201 ニッケル 201 パイプは、オーステナイト系ステンレス鋼や他のニッケル-ベースの合金と比較して、どのような特定の腐食環境で優れた性能を発揮しますか?

A:UNS N02201 ニッケル 201 パイプは、腐食工学の特殊な分野を占めており、次の 2 つの特殊な攻撃的な環境において、オーステナイト系ステンレス鋼や多くの高合金材料よりも優れた性能を発揮します。-濃縮苛性アルカリそしてドライハロゲン.

まず、ニッケル 201 は、特に高濃度および高温で水酸化ナトリウム (NaOH) および水酸化カリウム (KOH) を取り扱う場合に最適な材料です。タイプ 304 や 316 などのオーステナイト系ステンレス鋼は、これらの環境では苛性脆化や塩化物-によって引き起こされる応力腐食割れ (SCC) を非常に受けやすくなります。しかし、ニッケル 201 は、酸化性汚染物質 (酸素、第二鉄イオン、第二銅イオンなど) が最小限に抑えられていれば、沸点までの苛性媒体中で無視できるほどの腐食速度を示します。この優れた耐性により、塩素アルカリ産業やレーヨンやさまざまな有機化学薬品の製造における苛性蒸発器、濃縮器、輸送配管の業界標準となっています。{8}

第二に、ニッケル 201 は、周囲温度および中程度の高温において、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を含む乾燥ハロゲンに対して比類のない耐性を示します。ステンレス鋼はハロゲン化物-を含む環境では孔食、隙間腐食、SCC が発生しやすいですが、ニッケル 201 は安定しています。この特性は、フルオロカーボンの製造と取り扱い、および乾燥塩素を含む化学プロセスにおいて重要です。

ただし、ニッケル 201 の限界を認識することも同様に重要です。濃硝酸などの強い酸化環境には適しておらず、かなりのレベルの酸化性塩を含む環境にも耐性がありません。このような場合、ハステロイ® C-276 やチタンなどのより高性能な合金が必要になる場合があります。-したがって、ニッケル 201 パイプの適用が成功するかどうかは、正確な環境特性評価にかかっています。ニッケル 201 パイプは、還元性、アルカリ性、ハロゲン化環境では優れていますが、酸化性の酸では失敗します。

3. Q: ニッケル 201 (UNS N02201) パイプ システムの完全性を維持するために対処する必要がある重要な製造および溶接の考慮事項は何ですか?

A:ニッケル 201 パイプの製造と溶接には、炭素鋼やオーステナイト系ステンレス鋼に使用されるものとは根本的に異なるアプローチが必要です。この合金の独特の物理的特性には、-銅合金に比べて高い熱膨張、低い熱伝導率、特定の元素汚染物質に対する顕著な感受性などがあります-ので、厳格な手順管理が必要です。次の 3 つの重要な領域に注意が必要です。清浄度、溶加材の選択、入熱管理。

清潔さ唯一の最も重要な要素です。パイプの表面、特に溶接部は入念に脱脂し、硫黄、鉛、亜鉛、または低融点金属を除去する必要があります。--。ショップグリース、オイル、さらには標準的なマーキングペンシルなどの汚染物質は、溶接中に液体金属脆化 (LME) や深刻な高温亀裂を引き起こす可能性があります。使用中に電解腐食セルが発生する可能性がある鉄十字汚染を防ぐために、専用工具-ステンレス鋼またはニッケル合金製が望ましい-を使用する必要があります。-

ろう材の選択基材の低炭素特性に適合する必要があります。-推奨されるフィラーは UNS N02201 で、親パイプと同じ黒鉛化および粒界腐食に対する耐性を維持します。ガスタングステンアーク溶接 (GTAW/TIG) は、その精度とシールド雰囲気を制御できるため、推奨されるプロセスです。ニッケル 201 は溶融時の流動性が比較的低いため、アンダーカットのない完全な融合を確実にするために溶接池を慎重に操作する必要があります。

入熱管理ニッケル 201 は熱膨張係数が高く (炭素鋼と同様)、熱伝導率が比較的低いため、これは重要です。過剰な入熱は、熱影響部 (HAZ) での歪み、残留応力の蓄積、および望ましくない粒子成長を引き起こす可能性があります。{2}}過熱を防ぐために、パス間の温度を厳密に制御し、通常は 150 度 (300 度 F) 未満に制御する必要があります。ニッケル 201 の大きな利点は、耐食性のための溶接後熱処理 (PWHT) が必要ないことです。-実際、パイプに広範囲の冷間加工が施され、延性を回復するために焼きなましが必要な場合を除き、PWHT は一般的に推奨されません。アニーリングが必要な場合は、705 度から 925 度 (1300 度から 1700 度) の間で実行され、その後急冷されます。

4. Q: 圧力を伴う用途向けのニッケル 201 (UNS N02201) シームレス パイプの仕様を規定する製造基準と機械的特性は何ですか?{3}}

A:圧力がかかる用途向けの UNS N02201 ニッケル 201 シームレス パイプの仕様と製造は、一貫性、安全性、性能を保証する厳格な ASTM および ASME 規格に準拠しています。-主な基準はASTM B161 / ASME SB161、ニッケル 200 とニッケル 201 の両方の組成のシームレス ニッケル パイプをカバーします。この規格は、化学組成の制限、機械的特性の要件、寸法公差、および試験プロトコルを規定します。

のために化学組成, ASTM B161 では、ニッケル 201 の炭素含有量は最大 0.02%、ニッケルとコバルトの含有量は最低 99.0% であることが義務付けられています。鉄、マンガン、シリコン、硫黄などのその他の元素は、純度と耐食性を確保するために厳しく制限されています。

機械的特性の要件ASTM B161 で指定されている焼きなまし状態のニッケル 201 パイプには次のものが含まれます。

抗張力：最小 55 ksi (380 MPa)

降伏強度 (0.2% オフセット):最小 15 ksi (105 MPa)

伸長：最小 35% (2 インチまたは 50 mm 単位)

これらの値は、合金の特徴である高い延性を反映しており、冷間曲げ、フランジ加工、その他の成形作業が容易になります。ただし、ニッケル 201 は強化のための熱処理に反応しないことに注意することが重要です。焼き鈍しされた状態でのみ使用されます。

のために圧力-を含むアプリケーション、ASME ボイラーおよび圧力容器規則への準拠が必要になることがよくあります。 ASME SB161 はニッケル 201 を認識しており、許容応力値は ASME セクション II、パート D で公開されています。これらの値は、高温での材料の強度低下を考慮しており、エンジニアは圧力と温度の下で動作する配管システムの壁厚を正確に計算できます。さらに、非破壊検査（NDE）シームレスパイプ壁に欠陥がないことを保証するために、静水圧試験やオプションの X 線撮影または超音波検査などの要件が指定されています。重要なサービスを調達する場合、購入者は ASTM B161 と該当する ASME コード追加条項の両方への準拠を指定して、コードに完全に準拠していることを確認する必要があります。

5. Q: 化学処理以外に、透磁率や熱伝導率などの独特の物理的特性のためにニッケル 201 (UNS N02201) パイプを利用している専門産業は何ですか?

A:ニッケル 201 は化学処理における耐食性で広く知られていますが、その独特の物理的特性-は特に低い透磁率そして高い熱伝導率-これらの特性が耐食性と同じくらい重要であるいくつかの先進的なハイテク産業では、不可欠なものとなっています。-

最も要求の厳しいアプリケーションの 1 つは、半導体・エレクトロニクス製造業。半導体製造施設（ファブ）では、超高純度（UHP）ガス供給システムには、耐食性だけでなく非磁性-な配管材料が必要です。- UNS N02201 は非常に低い透磁率を示し、アニールされた状態では通常 1.005 未満です。配管内のわずかな磁気でも、敏感なプラズマ エッチング プロセス、電子ビーム リソグラフィー、およびウェーハ処理装置に干渉し、マイクロチップに欠陥を引き起こす可能性があります。したがって、ニッケル 201 シームレス パイプは、磁気干渉が必要なクリーンルーム環境でシラン、水素、窒素などの高純度ガスを輸送するために使用されます。{11}