Was Kupfer-Nickel-90/10-Rohre sind
Kupfer-Nickel 90/10, gemäß ASTM B111/B111M als UNS C70600 bezeichnet und international als CuNi10Fe1Mn bekannt, ist eine Kupferknetlegierung, die etwa 90 % Kupfer und 10 % Nickel mit absichtlichen Zusätzen von Eisen und Mangan enthält. Es wird als nahtloses Wärmetauscherrohr, Kondensatorrohr und Meerwasserrohr verwendet, da sich auf der Oberfläche ein dünner, hartnäckiger Kupferoxidfilm bildet, der unter fließendem Wasser an Ort und Stelle bleibt und die Wand vor allgemeiner Korrosion und Stößen schützt.
Der Eisenzusatz ist kein Zufall. Eisen sorgt dafür, dass der Schutzfilm in schnell fließendem Meerwasser haltbar ist, weshalb die Spezifikation sowohl ein Minimum als auch ein Maximum dafür festlegt. Rohre, die die Nickel- und Eisenbereiche von ASTM B111/B111M erfüllen, verhalten sich ganz anders als kostengünstige Materialien, bei denen das Eisen wegfallen darf.
Chemische Zusammensetzung von UNS C70600
| Element | Erfordernis |
|---|---|
| Nickel (Ni) | 9,0 bis 11,0 % |
| Eisen (Fe) | 1,0 bis 1,8 % |
| Mangan (Mn) | Maximal 1,0 % |
| Zink (Zn) | Maximal 1,0 % |
| Blei (Pb) | Maximal 0,05 % |
| Kupfer (Cu) | Rest nominal 88,6 % |
Alle anderen Elemente werden als Einzel- und Gesamtresiduen eingeschränkt. Das schmale Eisenfenster ist die wichtigste Zusammensetzungsprüfung für die Meerwasserversorgung, da es die Erosions--Korrosionsbeständigkeit am Rohreinlass kontrolliert.
Mechanische und physikalische Eigenschaften
| Eigentum | Wert |
|---|---|
| Zugfestigkeit, geglüht O61 | Mindestens 275 MPa (40 ksi). |
| Streckgrenze bei 0,5 % Dehnung, geglüht O61 | Mindestens 105 MPa (15 ksi). |
| Dehnung, geglüht | Mindestens 30 % |
| Dichte | 8,94 g/cm³ |
| Schmelzbereich | Etwa 1100 bis 1145 °C |
| Wärmeleitfähigkeit | Etwa 45 W/(m·K) |
| Elektrische Leitfähigkeit | Etwa 9 % IACS |
| Elastizitätsmodul | Ungefähr 152 GPa |
Für Anwendungen, die kein Biegen erfordern, werden leicht gezogene und hartgezogene Härtegrade hergestellt, die höhere Zug- und Streckgrenzenwerte als der geglühte Zustand liefern. Für Walzenaufweitung oder U--Biegung bestellte Rohre werden auf eine Nennkorngröße wie OS025 geglüht geliefert, sodass sich die Wand plastisch verformt, ohne dass im Rohrboden Risse entstehen.
Standardgrößen und Lieferformen
| Außendurchmesser | Typische Wand | Allgemeiner Gebrauch |
|---|---|---|
| 9,53 mm (3/8 Zoll) | 0,9 bis 1,24 mm | Kleine Kondensatoren, Ölkühler |
| 12,70 mm (1/2 Zoll) | 0,9 bis 1,65 mm | Allgemeine Wärmetauscher |
| 15,88 mm (5/8 Zoll) | 1,24 bis 1,65 mm | Kondensatoren für Kraftwerke |
| 19,05 mm (3/4 Zoll) | 1,24 bis 2,11 mm | Entsalzung und Meeresaustauscher |
| 25,40 mm (1 Zoll) | 1,65 bis 2,77 mm | Meerwasserleitungen und große Kühler |
Rohre werden gerade in Längen bis zu 12 m, aufgerollt für kleine Durchmesser oder U-gebogen geliefert. Das geglühte Rohr wird verschlossen und in Holzkisten oder Bündeln mit Endschutz verpackt, damit die Bohrung sauber bleibt und der Oberflächenfilm durch die Handhabung nicht beschädigt wird. Die Wirbelstromprüfung nach ASTM E243 und die hydrostatische Prüfung sind die üblichen zerstörungsfreien Prüfungen.
Anwendungen im Marine- und Prozessservice
Oberflächenkondensatoren und Zusatzkühler auf Schiffen und Offshore-Plattformen.
Mehrstufige Flash- und Multieffekt-Destillationsanlagen zur Meerwasserentsalzung.
Meerwasserleitungen, Feuerwasserleitungen und hydraulische Wärmetauscher.
Kraftwerkskondensatoren, Ölkühler und Hochdruck-Speisewassererhitzer.
Luftkühler und Prozessaustauscher in Chemieanlagen an der Küste.
Wärmetauscher für Brackwasser mit suspendiertem Sand.
Da die Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die von reinem Kupfer, werden 90/10-Rohre oft mit einer dünneren Wand oder zusätzlichen Rohren spezifiziert, um die gleiche Leistung zu erreichen. Der Nachteil ist ein großer Gewinn an Korrosionszuschlag, der normalerweise die Lebensdauer seewassergekühlter Geräte bestimmt.
Herstellungs- und Installationsanleitung
Die Legierung lässt sich leicht zu Rohrböden ausdehnen, biegen, aufweiten und stauchen. Sowohl das Löten als auch das Hartlöten werden mit gut bis ausgezeichnet bewertet, das Schutzgasschweißen ist ausgezeichnet und das Lichtbogenschweißen mit beschichtetem Metall ist gut, während das Autogenschweißen aufgrund des damit verbundenen Wärmeeintrags nur mittelmäßige Ergebnisse liefert. Das Schweißen von Kupfer-Nickel erfordert saubere, trockene Oberflächen und einen passenden Kupfer-Nickel-Füller; Kohlenstoffverunreinigungen durch Markierstifte oder Stahlwerkzeuge sind die häufigste Ursache für Schweißrisse.
Während der Installation dürfen die Rohre nicht an Kohlenstoffstahlhalterungen reiben, und Schweißspritzer oder Zunderreste sollten von der Wasserseite entfernt werden, da durch Ablagerungen Risse entstehen, in denen lokale Angriffe beginnen. Die Auslegungsgeschwindigkeit liegt für sauberes Meerwasser normalerweise bei etwa 3 m/s, bei sandhaltigem Wasser liegt der Wert niedriger. Die Einlassenden von Kondensatoren erhalten üblicherweise eine dickere Wand oder eine Schutzhülse, um Aufprallangriffen standzuhalten.
FAQ
F: Warum ist Eisen in einer Kupfer-Nickel-Legierung spezifiziert?
Eisen ist das Element, das den schützenden Oberflächenfilm im fließenden Meerwasser haltbar macht. ASTM B111/B111M erfordert 1,0 bis 1,8 % Eisen, und Material unterhalb des Mindestwertes korrodiert am Rohreinlass schneller.
F: Wie hoch ist die maximale Meerwassergeschwindigkeit für 90/10-Rohre?
Bei Konstruktionen für sauberes Meerwasser liegt die Geschwindigkeit normalerweise bei etwa 3 m/s. Wenn das Wasser Sand enthält oder sich der Rohreinlass in der Nähe einer Pumpe befindet, wird die Geschwindigkeit verringert und dickere Einlasswände verwendet.
F: Können 90/10-Rohre geschweißt statt aufgeweitet werden?
Ja. Das Schutzgasschweißen mit passendem Kupfer-Nickel-Füllstoff liefert hervorragende Ergebnisse, und Schweißverbindungen sind in Meerwasserrohrleitungen üblich. Geschweißte Rohr---Verbindungen werden bei Hochdruckwärmetauschern verwendet, obwohl Walzenausdehnung weiterhin häufiger vorkommt.
F: Welches Temperament sollte bestellt werden?
Bestellen Sie weichgeglühte Rohre mit einer Nennkorngröße wie OS025, wenn das Rohr U-gebogen oder walzengeweitet werden soll. Wählen Sie einen gezogenen Härtegrad nur, wenn das Rohr gerade bleibt und eine höhere Festigkeit erforderlich ist.
F: Wie schneidet 90/10 im Vergleich zu 70/30 Kupfernickel ab?
70/30 enthält mehr Nickel und verträgt höhere Geschwindigkeiten und stärker verschmutztes Wasser, kostet aber mehr. 90/10 ist die wirtschaftliche Qualität für sauberes Meerwasser und Brackwasser bei mäßigem Durchfluss.
F: Ist ein 90/10-Rohr für Frischwassersysteme geeignet?
Das stimmt, aber reines Kupfer oder Admiralitätsmessing ist dort normalerweise wirtschaftlicher. Cupro-Nickel wird dort spezifiziert, wo Chloridgehalt, Fließgeschwindigkeit oder Verunreinigung die Verwendung einfacherer Legierungen ausschließt.
