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1. Limitations de performance dans des environnements à haute température
La résistance diminue de façon significative avec l' augmentation de la température:Les alliages cuivre-nickel (tels que le Cu-Ni 70/30) présentent une réduction de la résistance à la traction de 450 MPa à moins de 300 MPa lorsque les températures dépassent 300 °CEn revanche, les alliages à base de nickel (tels que l'Inconel 625) peuvent être utilisés à long terme à 650°C,limitant l'applicabilité des brides cuivre-nickel dans les tuyaux à vapeur à haute température, les chauffeurs de raffineries, et des scénarios similaires.
Risques d'oxydation et de lixiviation du zinc à haute température: les alliages cuivre-nickel ont tendance à former une couche lâche d'oxyde de cuivre (CuO) dans des conditions atmosphériques supérieures à 400 °C, ce qui entraîne une corrosion de la surface.Les alliages cuivre-nickel contenant du zinc (tels que certains alliages Cu-Ni-Zn modifiés) peuvent subir une corrosion par lessivage du zinc à haute températureEn revanche, l'acier inoxydable 310S (avec une résistance à haute température de 1150°C) offre des avantages importants dans de tels environnements.
II. Coûts initiaux et contraintes de ressources
Les coûts des matériaux sont nettement plus élevés que ceux des métaux ordinaires:Les alliages cuivre-nickel (tels que le Cu-Ni 90/10) coûtent environ 5 à 8 fois plus cher que l'acier au carbone et 3 à 4 fois plus cher que l'acier inoxydable 304En prenant par exemple une bride DN100 PN16, le prix unitaire d'une bride cuivre-nickel est d'environ 2 000 yuans, tandis que celui d'une bride en acier au carbone n'est que de 300 yuans.imposant des pressions sur les coûts initiaux d'approvisionnement pour les projets sensibles au budget.
La rareté des ressources en cuivre et la volatilité des prix: en tant que ressource stratégique, le cuivre est soumis à des fluctuations de prix importantes dues à la dynamique mondiale de l'offre et de la demande (au cours des cinq dernières années,Les prix du cuivre à la Bourse de Londres ont fluctué entre 25, 000 et 100 000 yuans par tonne), ce qui peut entraîner des coûts de projet incontrôlables.Les matériaux tels que l'acier au carbone et l'acier inoxydable ont des chaînes d'approvisionnement plus stables et présentent des fluctuations de prix plus faibles.
III. Lacunes en matière de résistance à la corrosion dans des supports spécifiques
Résistance insuffisante à la corrosion dans des environnements fortement acides et alcalins: les alliages cuivre-nickel subissent une corrosion rapide dans l'acide sulfurique dilué (> 5%), l'acide nitrique (> 10%),ou alcali caustique (pH > 12)Par exemple, dans les unités de neutralisation acido-basique de l'industrie chimique, l'acier inoxydable 316L (résistant à l'acide nitrique) ou Hastelloy (résistant à l'acide sulfurique) sont plus appropriés.tandis que les brides cuivre-nickel peuvent développer des perforations en quelques mois.
Faible résistance à la corrosion par l'ammoniac: les alliages cuivre-nickel subissent un craquage par corrosion par contrainte (SCC) lorsqu'ils sont exposés au gaz d'ammoniac (NH3) ou aux sels d'ammoniac,et sont interdits dans les installations de synthèse d'ammoniac et les systèmes de réfrigération dans les entrepôts frigorifiquesEn revanche, les brides en acier au carbone et en aluminium peuvent être utilisées en toute sécurité dans des environnements contenant de l'ammoniac.
4Propriétés mécaniques insuffisantes dans des conditions extrêmes
Limites de résistance sous haute pression:La résistance au rendement des alliages cuivre-nickel (environ 150 à 250 MPa) est inférieure à celle de l'acier duplex (plus de 450 MPa) et des alliages à base de nickel (plus de 500 MPa)Dans les conduites à haute pression (par exemple, le transport de gaz naturel à 10 MPa ou plus), les brides cuivre-nickel nécessitent une épaisseur de paroi accrue pour satisfaire aux exigences de résistance.entraînant de nouvelles augmentations de poids et de coût, tandis que les brides en acier duplex peuvent réduire leurs dimensions en raison des avantages de résistance du matériau.
Limites de ténacité à basse température: bien que les alliages cuivre-nickel conservent leur ténacité à -196°C (température GNL), leur ténacité à l'impact diminue à des températures plus basses (par exemple,-269°C dans des environnements à hélium liquide)Les alliages à base de nickel (par exemple, Inconel 625) conservent leurs performances à -270°C et sont plus adaptés aux installations de recherche à température extrêmement basse.
5- Exigences particulières pour le traitement et l'entretien
Le processus de soudage nécessite une grande compatibilité avec les matériaux de soudage: lors du soudage des alliages cuivre-nickel, un fil de soudage cuivre-nickel spécialisé (tel que ERCuNi) doit être utilisé.Si des matériaux de soudage en acier inoxydable sont utilisés par erreur, des phases fragiles peuvent se précipiter dans la soudure, ce qui entraîne une réduction de résistance de plus de 50%.dont les exigences en matière de processus sont plus faibles.
Coûts de traitement de surface et de nettoyage: les brides en cuivre-nickel nécessitent un traitement de passivation après traitement pour améliorer la résistance à la corrosion, tandis que les brides en acier inoxydable peuvent être utilisées directement.Dans les milieux pétroliers et gaziers contenant du soufre, les surfaces cuivre-nickel peuvent former du sulfure de cuivre noir (CuS), qui n'affecte pas le matériau de base mais nécessite un nettoyage mécanique régulier, ce qui augmente la charge de travail de maintenance.
6Poids et limites d'installation
La densité élevée entraîne une pression de charge d'installation: la densité de l'alliage cuivre-nickel est d'environ 8,9 g/cm3, soit 1,14 fois celle de l'acier au carbone (7,8 g/cm3) et 3.3 fois celle de l'alliage d'aluminium (2Dans les pipelines offshore à grande échelle ou les supports de tuyauterie surélevés, l'utilisation de brides cuivre-nickel peut nécessiter un renforcement supplémentaire des structures de support, ce qui augmente les coûts d'ingénierie.
Risque de corrosion galvanique lors du raccordement de métaux différents: lorsque des alliages cuivre-nickel entrent en contact direct avec des métaux tels que l'acier au carbone ou l'aluminium, la présence d'un électrolyte (par exemple,L'eau de mer) peut former un couple galvaniquePar exemple, lors de la connexion d'une bride cuivre-nickel à un tuyau en acier au carbone,des joints isolants doivent être installés ou une protection par anode de sacrifice doit être utilisée., augmentant la complexité de l'installation.
7Restrictions environnementales et scénarios spéciaux
Problèmes de sensibilité écologique liés à la libération d'ions de cuivre: dans les scénarios où les exigences en matière de concentration d'ions de cuivre sont strictes (par exemple, les normes de l'UE en matière d'eau potable exigent que le Cu soit inférieur à 2 mg/l),comme l'aquaculture en eau douce et le traitement de l'eau potableDans certains projets, cependant, il est encore préférable d'utiliser des matériaux exempts de cuivre (e.g..g., des brides en plastique PVDF) pour éviter les risques potentiels.
La perméabilité magnétique affecte le fonctionnement des équipements spéciaux: les alliages cuivre-nickel ont une perméabilité magnétique proche de 1 (propriétés magnétiques faibles),mais dans les scénarios nécessitant des matériaux non magnétiques, tels que les joints magnétiques de fluide de précision et les aimants supraconducteurs, l'acier inoxydable austénitique (perméabilité magnétique ≈ 1) ou des alliages de titane (non magnétiques) doivent être utilisés,et les brides en cuivre-nickel ne peuvent pas satisfaire à ces exigences.
Résumé
L'inconvénient inhérent des brides cuivre-nickel réside dans leur adaptation limitée à des scénarios dépassant l'équilibre entre la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques:dans des conditions difficiles telles que des températures élevéesDans le cas des acides forts, des pressions élevées ou des températures extrêmement basses, leurs performances sont dépassées par les alliages à base de nickel, les aciers duplex et d'autres matériaux.Applications légères, ou des environnements impliquant des supports spéciaux (tels que l'ammoniac, les acides forts ou les alcalis), l'acier au carbone, l'acier inoxydable ou des matériaux non métalliques offrent de plus grands avantages.il est essentiel de considérer la corrosivité des conditions de fonctionnement, paramètres de température et de pression, budget et calendrier, ainsi que les exigences environnementales.Un équilibre doit être trouvé entre les avantages de la résistance à la corrosion et les limites d'application des brides cuivre-nickel.Si nécessaire, des solutions composites (comme des brides cuivre-nickel combinées à des revêtements résistants à la corrosion) peuvent être utilisées pour remédier à toute lacune.