Notícia

1. Limitações de desempenho em ambientes de alta temperatura
A resistência diminui significativamente com o aumento da temperatura: ligas de cobre-níquel (como Cu-Ni 70/30) experimentam uma redução na resistência à tração de 450 MPa para abaixo de 300 MPa quando as temperaturas excedem 300°C, e exibem maior tendência à fluência. Em contraste, ligas à base de níquel (como Inconel 625) podem ser usadas a longo prazo a 650°C, limitando a aplicabilidade de flanges de cobre-níquel em tubulações de vapor de alta temperatura, aquecedores de refinaria e cenários semelhantes.
Riscos de oxidação em alta temperatura e lixiviação de zinco: ligas de cobre-níquel tendem a formar uma camada solta de óxido de cobre (CuO) em condições atmosféricas acima de 400°C, levando à corrosão superficial. Ligas de cobre-níquel contendo zinco (como certas ligas Cu-Ni-Zn modificadas) podem sofrer corrosão por lixiviação de zinco em altas temperaturas, comprometendo a uniformidade do material. Em contraste, o aço inoxidável 310S (com resistência a alta temperatura de 1150°C) oferece vantagens significativas em tais ambientes.
II. Custos iniciais e restrições de recursos
Os custos dos materiais são significativamente maiores do que os dos metais comuns: ligas de cobre-níquel (como Cu-Ni 90/10) custam aproximadamente 5–8 vezes mais do que o aço carbono e 3–4 vezes mais do que o aço inoxidável 304. Tomando um flange DN100 PN16 como exemplo, o preço unitário de um flange de cobre-níquel é de aproximadamente 2.000 yuans, enquanto o de um flange de aço carbono é de apenas 300 yuans, exercendo pressão sobre os custos iniciais de aquisição para projetos sensíveis ao orçamento.
Escassez de recursos de cobre e volatilidade de preços: Como um recurso estratégico, o cobre está sujeito a flutuações significativas de preços devido à dinâmica global de oferta e demanda (nos últimos cinco anos, os preços do cobre na London Metal Exchange flutuaram entre 25.000 e 100.000 yuans por tonelada), o que pode levar a custos de projeto incontroláveis; em contraste, materiais como aço carbono e aço inoxidável têm cadeias de suprimentos mais estáveis e exibem flutuações de preços menores.
III. Deficiências de resistência à corrosão em meios específicos
Resistência à corrosão insuficiente em ambientes de ácido forte e álcali forte: ligas de cobre-níquel sofrem corrosão rápida em ácido sulfúrico diluído (>5%), ácido nítrico (>10%) ou álcali cáustico (pH >12). Por exemplo, em unidades de neutralização ácido-base na indústria química, aço inoxidável 316L (resistente ao ácido nítrico) ou Hastelloy (resistente ao ácido sulfúrico) são mais adequados, enquanto flanges de cobre-níquel podem desenvolver perfurações em poucos meses.
Má resistência à corrosão por amônia: ligas de cobre-níquel sofrem fissuração por corrosão sob tensão (SCC) quando expostas a gás amônia (NH₃) ou sais de amônio, e são proibidas em plantas de síntese de amônia e sistemas de refrigeração em instalações de armazenamento a frio. Em contraste, flanges de aço carbono e bronze de alumínio podem ser usados com segurança em ambientes contendo amônia.
4. Propriedades mecânicas insuficientes em condições extremas
Limitações de resistência em condições de alta pressão: A resistência ao escoamento das ligas de cobre-níquel (aproximadamente 150–250 MPa) é menor do que a do aço duplex (acima de 450 MPa) e das ligas à base de níquel (acima de 500 MPa). Em tubulações de alta pressão (por exemplo, transmissão de gás natural a 10 MPa ou superior), flanges de cobre-níquel exigem maior espessura de parede para atender aos requisitos de resistência, levando a aumentos adicionais no peso e no custo, enquanto flanges de aço duplex podem reduzir as dimensões devido às vantagens de resistência do material.
Limitações de tenacidade em baixas temperaturas: Embora as ligas de cobre-níquel retenham a tenacidade a -196°C (temperatura do GNL), sua tenacidade ao impacto diminui em temperaturas mais baixas (por exemplo, -269°C em ambientes de hélio líquido). Ligas à base de níquel (por exemplo, Inconel 625) mantêm o desempenho a -270°C e são mais adequadas para instalações de pesquisa de baixas temperaturas extremas.
5. Requisitos especiais para processamento e manutenção
O processo de soldagem requer alta compatibilidade com materiais de soldagem: Ao soldar ligas de cobre-níquel, deve-se usar fio de solda especializado em cobre-níquel (como ERCuNi). Se materiais de soldagem de aço inoxidável forem usados por engano, fases frágeis podem precipitar na solda, resultando em uma redução de resistência de mais de 50%. Em contraste, flanges de aço carbono podem ser soldados usando eletrodos E43 padrão, que têm requisitos de processo mais baixos.
Custos de tratamento de superfície e limpeza: Flanges de cobre-níquel exigem tratamento de passivação após o processamento para aumentar a resistência à corrosão, enquanto flanges de aço inoxidável podem ser usados diretamente. Em ambientes de petróleo e gás contendo enxofre, as superfícies de cobre-níquel podem formar sulfeto de cobre preto (CuS), que não afeta o material de base, mas requer limpeza mecânica regular, aumentando a carga de trabalho de manutenção.
6. Limitações de peso e instalação
A alta densidade leva à pressão de carga de instalação: A densidade da liga de cobre-níquel é de aproximadamente 8,9 g/cm³, que é 1,14 vezes a do aço carbono (7,8 g/cm³) e 3,3 vezes a da liga de alumínio (2,7 g/cm³). Em tubulações offshore em larga escala ou racks de tubos elevados, o uso de flanges de cobre-níquel pode exigir reforço adicional das estruturas de suporte, aumentando os custos de engenharia.
Risco de corrosão galvânica ao conectar metais diferentes: Quando ligas de cobre-níquel entram em contato direto com metais como aço carbono ou alumínio, a presença de um eletrólito (por exemplo, água do mar) pode formar um par galvânico, fazendo com que o flange de cobre-níquel atue como um cátodo e acelere a corrosão do metal diferente. Por exemplo, ao conectar um flange de cobre-níquel a uma tubulação de aço carbono, devem ser instaladas juntas isolantes ou deve ser usada proteção por ânodo de sacrifício, aumentando a complexidade da instalação.
7. Restrições ambientais e de cenários especiais
Questões de sensibilidade ecológica relacionadas à liberação de íons de cobre: Em cenários com requisitos rigorosos para a concentração de íons de cobre (por exemplo, os padrões da UE para água potável exigem Cu < 2 mg/L), como aquicultura de água doce e tratamento de água potável, a taxa de liberação de íons de cobre de flanges de cobre-níquel (aproximadamente 0,05–0,1 mg/L após imersão a longo prazo) atende aos padrões. No entanto, alguns projetos ainda preferem usar materiais isentos de cobre (por exemplo, flanges de plástico PVDF) para evitar riscos potenciais.
A permeabilidade magnética afeta a operação de equipamentos especiais: ligas de cobre-níquel têm uma permeabilidade magnética próxima de 1 (propriedades magnéticas fracas), mas em cenários que exigem materiais não magnéticos, como vedações de fluido magnético de precisão e ímãs supercondutores, aço inoxidável austenítico (permeabilidade magnética ≈ 1) ou ligas de titânio (não magnéticas) devem ser usados, e flanges de cobre-níquel não podem atender a esses requisitos.
Resumo
A desvantagem inerente dos flanges de cobre-níquel reside em sua adequação limitada para cenários além do “equilíbrio entre resistência à corrosão e propriedades mecânicas”: em condições adversas, como altas temperaturas, ácidos fortes, altas pressões ou temperaturas extremamente baixas, seu desempenho é superado por ligas à base de níquel, aços duplex e outros materiais. Por outro lado, em aplicações sensíveis a custos, leves ou em ambientes envolvendo meios especiais (como amônia, ácidos fortes ou álcalis), aço carbono, aço inoxidável ou materiais não metálicos oferecem maiores vantagens. Ao selecionar materiais, é essencial considerar a corrosividade das condições de operação, os parâmetros de temperatura e pressão, o orçamento e o cronograma, bem como os requisitos ambientais. Um equilíbrio deve ser alcançado entre as “vantagens de resistência à corrosão” e as “limitações de aplicação” dos flanges de cobre-níquel. Se necessário, soluções compostas (como flanges de cobre-níquel combinados com revestimentos resistentes à corrosão) podem ser empregadas para resolver quaisquer deficiências.