産業材料の世界、特にパイプ製造において、材料の強さの問題が最重要です。しばしば比較する2つの材料があります ニッケル合金 とステンレス鋼。どちらも優れた腐食抵抗と耐久性で知られていますが、特にパイプアプリケーションでは、強度に関しては、答えは必ずしも簡単ではありません。
ニッケル合金とステンレス鋼は、独自の特性により、さまざまな産業で広く使用されています。ただし、特にパイプの形での強度特性は、いくつかの要因によって大きく異なる場合があります。この記事は、質問を探求することを目的としています。ニッケル合金は、特にパイプの強度を考慮するとき、ステンレス鋼よりも強いですか？
ニッケル合金とステンレス鋼の強度の違いを理解するには、まずそれらの化学組成を調べなければなりません。
ニッケル合金は主にニッケルで構成されており、かなりの量のクロムとしばしばモリブデンがあります。これらの合金のニッケル含有量は通常、30％から75％の範囲で、クロム含有量は0％から35％、モリブデンは0％から32％の範囲です。
ニッケル合金にはいくつかのタイプがあり、それぞれにユニークな構成があります。
1。モネル：ニッケルコッパー合金
2。インコール：ニッケルクロミウム合金
3。Incoloy：ニッケルクロミウム鉄合金
4。Hastelloy：ニッケル - モリブデン - クロミウム合金
一方、ステンレス鋼は主に鉄ベースの合金です。最低10.5％のクロムが含まれており、表面に酸化クロムの保護層を形成し、耐食性を提供します。ステンレス鋼のニッケル含有量は、グレードに応じて0％から30％の範囲です。
ステンレス鋼の一般的なグレードは次のとおりです。
1。304：18％クロムと8％のニッケルが含まれています
2。316：16％クロム、10％ニッケル、2％モリブデンが含まれています
3。321：304に似ていますが、チタンで安定しています
ステンレス鋼の鉄含有量は通常、45％から86％の範囲で、ニッケル合金よりも大幅に高くなります。
材料の強度を議論するとき、材料科学の「強度。」の意味を定義することが重要です。強度はさまざまな特性を指すことができますが、主に引張強度と降伏強度に焦点を当てます。
材料科学の強度とは、障害なしに適用された負荷に耐える材料の能力を指します。これは、引張強度（破壊前に伸びている間に材料が耐えることができる最大応力）と降伏強度（材料が卑劣に変形し始める応力）など、いくつかの方法で測定できます。
ニッケル合金とステンレス鋼の引張強度を比較すると、ニッケル合金はしばしば、特に高温でエッジを持っていることがわかります。
1。ニッケル合金（例、インコルエル625）
人気のニッケル合金であるIncenel 625は、その治療に応じて103-160 KSI（714-1,103 MPa）の範囲の引張強度を持っています。
2。ステンレス鋼（例えば、304グレード）
最も一般的なグレードの1つである304ステンレス鋼は、約73.2 ksi（505 MPa）の引張強度を持っています。
この比較は、ニッケル合金、特にインコールなどの高性能合金が、引張強度の点で一般的なステンレス鋼のグレードよりも強くなる可能性があることを示しています。
ニッケル合金の降伏強度は、一般にオーステナイトのステンレス鋼の降伏強度よりも高いです。これは、ニッケル合金が卑劣に変形し始める前に、より高いストレスに耐えることができることを意味します。
ニッケル合金とステンレス鋼の両方の強度は、 それらの合金要素によって大きな影響を受ける可能性があります。たとえば、両方の材料にモリブデンを添加すると、強度を高めることができます。ニッケル合金には、多くの場合、これらの強化要素の大量が含まれていることが多く、多くの場合、それらの優れた強度に貢献しています。
ニッケル合金とステンレス鋼の最も重要な違いの1つは、 高温での性能です。
室温では、ニッケル合金とステンレス鋼の両方がうまく機能し、ニッケル合金はしばしばより高い強度を示します。ただし、違いは、より高い温度になるほど顕著ではない場合があります。
1。ニッケル合金の優れた強度保持
ニッケル合金は、高温環境で本当に輝いています。彼らは、ほとんどのステンレス鋼よりもはるかに高い温度で強度と腐食抵抗を維持します。たとえば、Inconel 625は、構造の完全性を維持しながら、最大1800°F（982°C）までの温度で動作できます。
2。ステンレス鋼の制限
いくつかのグレードのステンレス鋼は、中程度の高温でうまく機能することができますが、一般に、ニッケル合金よりも低温での強度と腐食抵抗が失われ始めます。たとえば、304ステンレス鋼の最大動作温度は約1697°F（925°C）であり、それを超えてその性能は大幅に低下します。
この優れた高温強度保持は、特に航空宇宙、化学処理、石油とガスなどの産業で、高温の用途でニッケル合金がしばしばステンレス鋼よりも選択される主な理由の1つです。
強度に直接関係していませんが、腐食抵抗はパイプの材料選択における重要な要因であり、時間の経過とともに材料の強度に間接的に影響を与える可能性があります。
ニッケル合金とステンレス鋼の両方は、クロムに対する耐食性の多くを負っています。クロムは、材料の表面に受動的な酸化物層を形成し、さらなる腐食から保護します。
ニッケル合金は一般に、特により積極的な環境で、ステンレス鋼と比較して優れた腐食抵抗を提供します。これは、ニッケル含有量が高く、しばしばモリブデン含有量が多いためです。
さまざまな環境がこれらの材料に異なる影響を与える可能性があります。
- 海洋環境では、モネルのようなニッケルコッパー合金は非常によく機能します。
- 高酸化環境では、高ニッケル合金とステンレス鋼の両方がうまく機能します。
- 環境、特に硫黄を含む環境を減らす際に、ニッケル合金はしばしばステンレス鋼を上回ります。
ニッケル合金の優れた腐食抵抗は、腐食関連の弱体化を経験する可能性が低いため、腐食性環境での長期的な強度に寄与する可能性があります。
単純な強度測定を超えて、特にパイプ用途向けに、ニッケル合金とステンレス鋼を比較する場合、他の機械的特性が重要です。
ニッケル合金とステンレス鋼の両方は、一般に非常に延性があります。つまり、破壊せずに引張ストレス下で変形する可能性があります。この特性は、圧力の変動に耐える必要があるパイプにとって重要です。
ニッケル合金は、多くの場合、オーステナイトのステンレス鋼よりも高い硬度レベルを達成できます。これは、耐摩耗性の用途で有益です。
疲労抵抗は、環状負荷アプリケーションで使用される材料にとって重要です。ニッケル合金、特に降水量が硬化した品種は、しばしばステンレス鋼と比較して優れた疲労抵抗を示します。
クリープは、材料が持続的な機械的応力の下で恒久的に変形する傾向が、高温用途にとって特に重要です。ニッケル合金は一般に、特に高温で、ステンレス鋼と比較して優れたクリープ抵抗を示します。
ニッケル合金パイプとステンレス鋼パイプの強度を考慮すると、いくつかの要因が発生します。
特に高温での強度が高いため、ニッケル合金パイプは、同じ寸法のステンレス鋼パイプよりも高い圧力を処理することがよくあります。
ニッケル合金の優れた強度は、同じ圧力定格を維持しながら、より薄いパイプの壁を可能にする可能性があります。これは、体重に敏感なアプリケーションやスペースがプレミアムな場合に有利です。
ニッケル合金とステンレス鋼の両方を溶接することができますが、ニッケル合金には、より特殊な溶接技術が必要です。溶接関節の強度は全体的なパイプ強度に重要であり、材料の固有の強度を維持するために適切な溶接手順に従う必要があります。
ニッケル合金とステンレス鋼のパイプの選択は、多くの場合、特定のアプリケーション要件に帰着します。
ニッケル合金パイプは、しばしば次のように選択されます。
1。ジェットエンジンや工業用炉などの高温環境
2。化学処理プラントのような高度に腐食性の設定
3.パイプが高温と腐食性物質の両方にさらされる可能性がある石油やガスなどの特定の産業
ステンレス鋼パイプは、より一般的に使用されます。
1.適度な腐食抵抗が必要な汎用アプリケーション
2。清潔さと腐食抵抗が重要な食品および飲料産業
3。清掃の純粋さと容易さが非常に重要な医薬品製造
パフォーマンスは非常に重要ですが、コストは多くの場合、材料選択の決定要因です。
ニッケル合金は、一般に、ニッケル含有量が高く、より複雑な生産プロセスにより、ステンレス鋼よりも高価です。
ニッケル合金パイプの製造は、特殊な溶接技術と機器が必要なため、より高価になる可能性があります。
初期コストが高いにもかかわらず、ニッケル合金パイプは、特に過酷な環境での寿命が長く、交換の必要性が低下するため、特定のアプリケーションの長期的にはより費用対効果が高い場合があります。
ニッケル合金とステンレス鋼のパイプを選択するには、以下を考慮する必要があります。
アプリケーションが高温、特に1000°F（538°C）を超える場合、ニッケル合金がより良い選択です。
腐食性の高い環境、特に酸の減少を伴う環境の場合、ニッケル合金は一般にパフォーマンスを向上させます。
より高い圧力アプリケーションは、ニッケル合金の優れた強度の恩恵を受ける可能性があります。
アプリケーションがニッケル合金の極端な性能を必要としない場合、ステンレス鋼のコストが低いと、より経済的な選択になる可能性があります。
結論として、「ニッケル合金はステンレス鋼よりも強いのか？ニッケル合金は、通常、ほとんどのステンレス鋼と比較して、より高い引張強度、高温性能、優れた耐食性を提供します。
ただし、ニッケル合金とステンレス鋼パイプを選択する際には、強度は考慮すべき要因の1つにすぎません。動作温度、腐食性環境、圧力のニーズ、予算の制約を含む特定のアプリケーション要件は、すべて選択プロセスで役割を果たす必要があります。
ニッケル合金は強いかもしれませんが、ステンレス鋼は多くの用途にとって優れた、より経済的な選択のままです。重要なのは、アプリケーションの特定のニーズを慎重に評価し、特定の状況に最適なパフォーマンスと費用対効果のバランスを提供する素材を選択することです。
