1. Uvod
Nikl 201 (US N02201) je komercijalno čista legura nikla koja je široko poznata po svojoj izuzetnoj otpornosti na koroziju, odlična termička stabilnost, i izvanredna sposobnost oblikovanja.
Navedeno pod ASTM B162 za ploču, list, i pružiti, Nikl 201 je u suštini niskougljična varijanta nikla 200.
Smanjenje sadržaja ugljika značajno povećava njegovu otpornost na intergranularno krhkost i održava mehanički integritet na povišenim temperaturama.
Njegova kombinacija čistoće, duktilnost, i visoka otpornost na koroziju čini ga esencijalnim materijalom u hemijskoj preradi, Morski okruženja, Aerospace aplikacije, i industrijske operacije na visokim temperaturama.
2. Šta je ASTM B162 N02201 legura nikla?
ASTM B162 N02201, obično poznat kao Nikl 201, je komercijalno čista legura nikla standardizirana za tanjir, list, i trakastih proizvoda.
To je u suštini a niskougljična verzija nikla 200, sa sadržajem ugljika smanjenim na maksimum 0.02 tež.% za povećanje otpornosti na intergranularna korozija i termička krhkost tokom rada na visokim temperaturama.
Nikl 201 karakteriše:
- Visok sadržaj nikla čistoće (≥99 tež.%), osigurava odličnu otpornost na koroziju u neutralnom, alkalni, i blago oksidirajuće sredine.
- Sadržaj niskog ugljika, koji sprečava stvaranje karbida nikla na granicama zrna, održavanje duktilnosti i žilavosti tokom dužeg izlaganja toploti.
- Odlična formabilnost, što ga čini pogodnim za duboko crtanje, predenje, i složene proizvodne operacije.
- Vrhunska termička stabilnost, omogućava kontinuirani rad na povišenim temperaturama bez značajnog gubitka mehaničkih svojstava.
3. Hemijski sastav nikla 201
Nikl 201 (US N02201) je a komercijalno čista legura nikla s pažljivo kontroliranim nečistoćama i niskim sadržajem ugljika za poboljšanje performansi pri visokim temperaturama i otpornosti na koroziju.
Hemijski sastav je standardizovan pod ASTM B162 kako bi se osigurala konzistentna svojstva za industrijsku primjenu.
| Element | Tipičan sadržaj (wt%) | Bilješke |
| Nikl (U) | ≥ 99.0 | Bazni element, osigurava otpornost na koroziju i duktilnost |
| Ugljik (C) | ≤ 0.02 | Nizak sadržaj ugljika smanjuje stvaranje karbida, sprečavanje intergranularne korozije |
| Gvožđe (FE) | ≤ 0.40 | Preostao, manji uticaj na otpornost na koroziju |
| Bakar (Cu) | ≤ 0.25 | Nivo nečistoće, može malo poboljšati otpornost na koroziju u specifičnim okruženjima |
| Mangan (MN) | ≤ 0.10 | Manja nečistoća, minimalan uticaj na mehanička svojstva |
| Silicijum (I) | ≤ 0.10 | Preostali element, minimalno doprinosi otpornosti na oksidaciju |
| Sumpor (S) | ≤ 0.01 | Kontrolirano kako bi se izbjeglo krhkost i održala duktilnost |
| Fosfor (Str) | ≤ 0.01 | Nizak sadržaj fosfora osigurava dobru žilavost i zavarljivost |
Ključni uvidi:
- Nickel Dominance: Preko 99 wt% nikla osigurava odličnu hemijsku stabilnost u korozivnim medijima.
- Nisko ugljik: ≤0,02 wt% ugljenika sprečava taloženje karbida nikla na granicama zrna tokom dužeg rada na visokoj temperaturi, što je kritično za otpornost na stresnu koroziju.
- Kontrolisane nečistoće: Elementi poput gvožđa, bakar, a mangan se održava na minimalnom nivou kako bi se uravnotežili troškovi, Otpornost na koroziju, i mehaničke performanse.
4. Fizička svojstva UNS N02201
| Nekretnina | Vrijednost |
| Gustina | 8.89 g / cm³ |
| Raspon topljenja | 1435–1446 °C |
| Toplotna provodljivost | 90 W / m · K |
| Električna otpornost | 7 μω · cm |
| Magnetna permeabilnost | Malo magnetski ispod 354 ° C (Curie point) |
| Koeficijent toplinske ekspanzije | 13.3 μm / m · ° C (20-100 ° C) |
5. Mehanička svojstva nikla 201
Nikl 201 (US N02201) pokazuje kombinaciju umjerena čvrstoća, Izvrsna duktilnost, i žilavost, što ga čini raznovrsnim materijalom za zahtjevne industrijske primjene.
| Nekretnina | Tipična vrijednost | Stanje ispitivanja / Bilješke |
| Zatezna čvrstoća (σᵤ) | 480-620 MPa (70–90 ksi) | Zapaljeno stanje |
| Snaga prinosa (σ₀.₂) | 150-275 MPa (22-40 Ksi) | 0.2% ofset |
| Izduženje (A₅₀) | 30-50 % | Mereno na 50 Dužina mjerača mm |
| Smanjenje površine (RA) | 55–65 % | Označava duktilnost i žilavost |
| Tvrdoća (HRB) | 70-100 | Rockwell B skala, Zapaljeno stanje |
| Snaga smicanja | ~ 310 MPa | Tipična vrijednost za kovane proizvode |
| Modul elastičnosti (E) | 200 GPA | Uporedivi sa konstrukcijskim čelicima |
| Poissonov omjer | 0.31 | Standard za legure nikla |
Ključne mehaničke karakteristike:
- Duktilnost: Nikl 201 može pretrpjeti značajnu plastičnu deformaciju prije kvara, što ga čini pogodnim za formiranje, savijanje, i operacije dubokog izvlačenja.
- Žilavost: Održava odličnu otpornost na lom u širokom temperaturnom rasponu, od kriogenih uslova do približno 600 ° C.
- Radno otvrdnjavanje: Može se ojačati hladnom obradom, pružanje fleksibilnosti u dizajnu mehaničkih komponenti.
- Otpornost na umora: Visoka duktilnost i nizak nivo nečistoća doprinose dobrim performansama zamora u okruženjima cikličnog opterećenja.
6. Otpornost na koroziju & Temperaturne performanse
Nikl 201 (US N02201) je veoma cijenjen zbog svog Izuzetan otpor korozijom i Termička stabilnost, posebno u sredinama koje sadrže neutralne i redukcijske hemikalije.
Njegove performanse su superiorne u odnosu na mnoge komercijalne metale zbog svoje visoka čistoća nikla (≥ 99.5%) i Sadržaj niskog ugljika (< 0.02%), koji sprečavaju senzibilizaciju i taloženje karbida na povišenim temperaturama.
Otpornost na koroziju
Nikl 201 pokazuje otpornost na širok spektar korozivnih agenasa, što ga čini izbornim materijalom Hemijska obrada, marine, i aplikacije visoke čistoće.
| Okruženje | Ponašanje korozije | Komentari |
| Kaustične alkalije (Naoh, KOH) | Odličan | Minimalna korozija čak i na temperaturama ključanja; koristi se za kaustične isparivače i izmjenjivače topline. |
| Neutralno & Reducing Salts | Odličan | Stabilan u neutralnom hloridu, sulfat, i nitratne sredine. |
| Kiseline (Hlorovodonična, Sumporna) | Umjeren do dobro | Otporan u razrijeđenim koncentracijama; korozija se povećava sa višom kiselošću i temperaturom. |
| Oksidirajuća okruženja (Dušična kiselina, Halogeni) | Loš | Nije prikladno za jake oksidirajuće kiseline ili halogene plinove; Nikl 200/201 skloni su napadima. |
| Morska voda & Salamuri | Dobro | Dobro radi u stagnirajućim i tečnim uvjetima, ali ne tako dobro kao legure bakra i nikla u morskoj vodi velike brzine. |
| Organic Compounds (Acetic, Mravlja kiselina) | Odličan | Stabilan pod većinom izloženosti organskim kiselinama, što ga čini idealnim za procesnu opremu u hemijskoj industriji. |
Mehanizam otpora:
Otpornost nikla 201 na koroziju proizlazi iz formiranja a tanak, prianjajući oksidni film na svojoj površini, koji pasivizira metal i inhibira dalji napad.
Njegov nizak sadržaj ugljika sprječava intergranularna korozija, osigurava dugovječnost u termičkom ciklusu ili okruženjima zavarivanja.
Temperaturne performanse
Nikl 201 zadržava mehanički integritet i hemijsku stabilnost u širokom temperaturnom spektru, iz kriogena do umjereno visoke temperature uvjeti.
| Temperaturni raspon | Ponašanje | Tipične aplikacije |
| −200 °C do 0 ° C | Izvanredna žilavost i duktilnost | Kriogene posude za skladištenje, sistemi za rukovanje tečnim gasom |
| Ambient to 300 ° C | Održava čvrstoću i otpornost na koroziju | Oprema za hemijsku i prehrambenu industriju |
| 300 ° C do 600 ° C | Otporan na grafitizaciju (za razliku od nikla 200) | Izmjenjivači topline, Komponente peći |
| > 600 ° C | Postepeno smanjenje snage; povećava se rizik od oksidacije | Ograničena upotreba, preporučuju se zaštitni premazi |
Ključna prednost u odnosu na nikl 200:
Niži nivo ugljenika nikla 201 (< 0.02%) značajno poboljšava svoje otpornost na grafitizaciju, omogućava siguran rad do 600 ° C bez krtosti—dok nikl 200 je obično ograničen na 315 ° C.
7. Izmišljotina, Formiranje, i toplinska obrada
Nikl 201 (US N02201) je visoko cijenjen u industriji proizvodnje zbog svoje Odlična formabilnost, zavarljivost, i toplotna stabilnost.
Njegov nizak sadržaj ugljenika (< 0.02 %) čini ga manje osjetljivim na taloženje karbida tokom zagrijavanja, što pojačava njegovu obradivost i otpornost na intergranularnu koroziju tokom oblikovanja i zavarivanja.
Izrada i obrada
Nikl 201 može biti lako proizveden konvencionalnim metodama koristi se za austenitne nerđajuće čelike i druge legure sa visokim sadržajem nikla.
| Fabrication Process | Karakteristike | Najbolje prakse |
| Obrada | Proizvodi čiste površine uz umjereno trošenje alata; nešto tvrđi od bakra, ali mekši od većine čelika. | Koristiti čelik velike brzine (HSS) ili Alati sa karbidom, Niske brzine rezanja (15–25 m/I), i izdašno podmazivanje. |
| Formiranje | Odlična duktilnost u toplim i hladnim uvjetima; minimalan rizik od pucanja. | Perform hladan rad na sobnoj temperaturi za precizno oblikovanje. Za teško oblikovanje, koristiti topli rad između 870–1230 °C. |
| Smicanje / Probijanje | Lako se reže i buši zbog umjerene tvrdoće (~70-85HRB). | Koristite oštre alate i adekvatan razmak kako biste spriječili kidanje rubova. |
| Kovanje | Ujednačena struktura zrna koja se održava tokom vruće obrade. | Zagrevajte postepeno do 1150–1230 °C, završiti kovanje gore 870 ° C, nakon čega slijedi brzo hlađenje. |
Indeks obrade mašine:
Obradivost Nickel 201 je ocijenjena na 20-25 % od slobodno rezanog čelika (Aisi 1212), odražavajući potrebu za oštrim alatima, kontrolisane brzine, i stalno hlađenje kako bi se izbjeglo otvrdnjavanje.
Karakteristike formiranja
Nikl 201 visoka duktilnost i umjerena čvrstoća čine ga idealnim za duboko crtanje, predenje, i operacije savijanja.
- Hladno oblikovanje: Legura pokazuje minimalno stvrdnjavanje oprugom i deformacijom; žarenje nakon formiranja vraća duktilnost.
- Vruće formiranje: Učinkovito između 870–1230 °C. Radovi se ne smiju obavljati ispod 870 °C kako bi se spriječilo pucanje površine.
- Zahtjev za žarenje: Nakon teške deformacije ili hladnog smanjenja (> 15 %), žarenje se preporučuje za ublažavanje unutrašnjeg stresa.
Tipične aplikacije za oblikovanje:
- Cijev izmjenjivača topline
- Kaustični isparivači
- Posude za hemijske procese
Zavarivanje
Nikl 201 eksponati Odlična zavarivost koristeći većinu konvencionalnih procesa:
- Preferirane metode: GTAW (TIG), Zasjeniti (Ja), SMAW, i otporno zavarivanje.
- Metali punila: Uobičajeno Nikl 201 (ERNi-1) ili Nikl 200 koriste se šipke za punjenje.
- Mjere predostrožnosti:
-
- Predgrijavanje je nije potrebno.
- Termička obrada nakon zavarivanja je neobavezno osim ako nije potrebno za kontrolu dimenzija.
- Izbjegavajte prekomjeran unos topline kako biste spriječili rast i oksidaciju zrna.
Tipične performanse zavarivanja:
Vlačna čvrstoća zavarenih spojeva ostaje na ≥ 90 % osnovnog metala, a otpornost na koroziju je uglavnom nepromijenjena ako se održava odgovarajuća zaštita.
Toplotni tretman
Toplinska obrada nikla 201 prvenstveno je navikao vratiti duktilnost, ublažiti unutrašnji stres, i poboljšati strukturu zrna nakon izrade.
| Vrsta toplinske obrade | Temperaturni raspon | Metoda hlađenja | Svrha |
| Žarljivost | 650-900 ° C | Vazdušno ili vodeno hlađenje | Oslobađa napetost od hladnog rada, vraća duktilnost |
| Oslobođenje stresa | 480-650 ° C | Vazdušno hlađenje | Smanjuje zaostalo naprezanje nakon strojne obrade ili zavarivanja |
| Rješenje žarenje | 760-870 ° C | Brzo gašenje | Osigurava ujednačenu mikrostrukturu i otpornost na koroziju |
Oprez:
Izbjegavajte produženo izlaganje gore navedenom 600 ° C u nečistoj atmosferi kako bi se spriječila površinska oksidacija i kontaminacija.
8. Prednosti & Ograničenja nikla 201 Legura nikla
Nikl 201 (US N02201) je a komercijalno čisti kovani nikl dizajniran da ponudi vrhunske performanse u hemijski agresivnim i visokotemperaturnim okruženjima.
Prednosti nikla 201
Jedinstvena mješavina kemijske čistoće Nickel 201, duktilnost, i metalurška stabilnost čine ga jednim od najpouzdanijih materijala za zahtjevnu industrijsku upotrebu.
| Kategorija | Prednost | Tehničko objašnjenje / Korist |
| Otpornost na koroziju | Odlična otpornost na kaustične alkalije, neutralne soli, i suvi gasovi. | Posebno otporan na natrijum hidroksid, kalijum hidroksid, i bezvodni amonijak—formiranje filma nikl oksida osigurava trajnu pasivizaciju. |
| Termička stabilnost | Zadržava mehanička svojstva do ~600 °C. | Za razliku od nikla 200, koji trpi grafitizaciju iznad 315 ° C, Nickel 201 je smanjen ugljik (< 0.02 %) sprečava taloženje karbida i intergranularno krhkost. |
| Izrada i formiranje | Izuzetna hladnoća- i karakteristike toplotne obrade. | Može se lako nacrtati, spin, duboko oblikovana, ili kovani bez pucanja; minimalno kaljenje u odnosu na nerđajući čelik. |
| Zavarljivost | Odlična zavarljivost sa gasnim volframovim lukom (GTAW), gas metalni luk (Zasjeniti), i metode otpornosti. | Zavareni spojevi zadržavaju do 90–95 % čvrstoće osnovnog metala i otpornosti na koroziju kada je ispravno punilo (ERNi-1) se koristi. |
Električni & Toplotna provodljivost |
Visoka električna provodljivost (~ 22 % IACS) i toplotna provodljivost (~61 W/m·K). | Idealno za električne komponente, grijaćih elemenata, i provodnu hemijsku opremu. |
| Magnetna svojstva | Ne-magnetni u žarnom stanju. | Pogodno za osjetljiva magnetna okruženja i okruženja s instrumentima. |
| Čistoća i čistoća | > 99.6 % Sadržaj Ni osigurava minimalnu kontaminaciju u procesima visoke čistoće. | Koristi se u poluprovodnicima, hrana, i farmaceutske industrije u kojima se mora izbjegavati metalna kontaminacija. |
| Otpornost na smanjenje okruženja | Stabilan u atmosferi vodika i CO₂. | Održava duktilnost i mehanički integritet čak i tokom izlaganja redukcijskim gasovima. |
Ograničenja nikla 201
Uprkos odličnim karakteristikama, Nikl 201 je nije univerzalna legura. Njegova upotreba je ograničena mehaničkim faktorima i faktorima okoline koji se moraju pažljivo procijeniti tokom odabira materijala.
| Kategorija | Ograničenje | Objašnjenje / Ublažavanje |
| Mehanička čvrstoća | Relativno niska granica popuštanja (~60–90 MPa na sobnoj temperaturi). | Nije pogodno za teške konstrukcije; često ojačana vanjskim nosačima ili oblogama. |
| Otpornost na oksidaciju | Umjeren otpor u zraku iznad 600 ° C. | Dugotrajno izlaganje visokim temperaturama uzrokuje površinsku oksidaciju i stvaranje kamenca; preporučuju se zaštitni premazi. |
| Trošak | Viša cijena od ugljičnog čelika ili nehrđajućeg čelika. | Opravdano samo u visoko korozivnim okruženjima ili okruženjima kritičnim prema čistoći. |
Sumpor & Osetljivost na halide |
Osjetljiv na napade u sredinama koje sadrže sumpor ili halogene (npr., Cl₂, HCl, Tako). | Izbjegavajte upotrebu u atmosferama koje sadrže hlor ili sumpor; odaberite Legura nikla 600 ili legura 625 umjesto toga. |
| Radno otvrdnjavanje | Stvrdnjava se tokom hladnog oblikovanja. | Zahtijeva srednje žarenje za velike deformacije. |
| Ograničena čvrstoća pri visokim temperaturama | Iznad brzo gubi zateznu čvrstoću 650 ° C. | Koristite superlegure na bazi nikla (npr., Inconel 600, Hastelloy C-22) za aplikacije sa visokim naprezanjem ili visokim temperaturama. |
9. Primjena ASTM B162 N02201
Nikl 201 se široko koristi u industrijama koje zahtijevaju otpornost na koroziju i mogućnost oblikovanja:
- Hemijska obrada: isparivači kaustične sode, alkalni rezervoari
- Marinac Aplikacije: oprema za morsku vodu, offshore komponente
- Izmjenjivači topline & kondenzatori
- Vazdušni prostor: predenje i vučene komponente
- Plodovi pod pritiskom & kotlovi zahtijevaju nisko-ugljične, materijali otporan na koroziju
10. Poređenje sa sličnim legurama nikla
Nikl 201 (US N02201) je dio porodice komercijalno čiste legure nikla to takođe uključuje Nikl 200 (UNS N02200) i nekoliko Legure na bazi nikla poput Legura 400 (Monel 400), Legura 600 (Inconel 600), i Legura 625 (Inconel 625).
Uporedna tabela – Nikl 201 vs. Druge legure nikla
| Nekretnina / Značajka | Nikl 200 (UNS N02200) | Nikl 201 (US N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inconel 600 (US N06600) | Inconel 625 (US N06625) |
| Nominalni sastav (wt%) | Je ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Je ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | U ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | U ~ 72, Cr ~ 15.5, Fe ~ 8 | U ~ 61, Cr ~ 21.5, Mo ~ 9, NB + Ona ~ 3.6 |
| Raspon topljenja (° C) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300-1350 | 1354-1413 | 1290-1350 |
| Max servisna temp (° C) | Do 315 ° C | Do 600 ° C | Do 550 ° C | Do 1100 ° C | Do 982 ° C (otporan na puzanje) |
| Gustina (g / cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Zatezna čvrstoća (MPa, žaljenje) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Snaga prinosa (MPa, 0.2% ofset) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Izduženje (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Otpornost na koroziju | Odličan u alkalijama; umjereno u kiselinama | Odličan u alkalijama; poboljšan pri visokom T | Odličan u morskoj vodi, fluorovodonična kiselina | Odličan u oksidaciji & reducirajući mediji | Izvanredan u oksidaciji, smanjenje, i hloridne sredine |
| Zavarljivost / Formalnost | Odličan | Odličan | Dobro | Dobro | Umjeren (Radno otvrdnjavanje) |
| Slučajevi primarne upotrebe | Niskotemperaturni kaustični sistemi, prerada hrane | Visokotemperaturni kaustični servis, sistemi hemijske čistoće | Marinac, Pump osovine, HF kiselinski servis | Izmjenjivači topline, cijevi za peći, nuklearni reaktori | Vazdušni prostor, hemijski proces, Cevovodi za moru |
11. Zaključak
Nikl 201 (US N02201) prema ASTM B162 je visoke čistoće, niskougljična legura nikla koja nudi odličnu otpornost na koroziju, Termička stabilnost, i formibilnost.
Posebno je pogodan za hemikalije, marine, vazduhoplovstvo, i primjene na visokim temperaturama gdje je niska razina ugljika ključna za sprječavanje međugranularnog krtljenja.
Dok je mehanička čvrstoća umjerena, njegovu trajnost, pouzdanost, i svestranost proizvodnje čine ga poželjnim materijalom u zahtjevnim industrijskim okruženjima.
FAQs
Koja je razlika između ASTM B162 N02201 i N02200?
Primarna razlika je sadržaj ugljika: N02201 ima maksimalan ugljik od 0.02% (vs. 0.15% za N02201? Ne—tačno: N02200 ima 0.15% max C).
Nizak C N02201 poboljšava zavarljivost i međugranularnu otpornost na koroziju, što ga čini boljim za zavarene spojeve i kriogene. N02200 je niži trošak za nezavarene aplikacije.
Koja je maksimalna radna temperatura za N02201?
N02201 može raditi kontinuirano na temperaturi do 600°C (1112° F) uz zadržavanje >40% izduženje. Iznad 600 ° C, zatezna čvrstoća brzo opada, ograničavanje upotrebe na povremeno izlaganje.
Da li je N02201 zavarljiv?
Da—N02201 je lako zavarljiv putem GTAW-a (TIG) i gmaw (Ja) koristeći metale za punjenje N02201 (ERNi-1/ENi-1).
Toplinska obrada nakon zavarivanja nije potrebna za većinu primjena zbog niskog sadržaja ugljika.
Kako N02201 djeluje u morskoj vodi?
N02201 pokazuje odličnu otpornost na koroziju u morskoj vodi, sa brzinom korozije <0.02 mm/god—superiorno od 304 nehrđajući čelik (0.1 mm / godina). Idealan je za brodske sisteme hlađenja.
Koje sertifikate ima N02201 za kontakt sa hranom?
N02201 je u skladu sa FDA 21 CFR dio 177.2600 (kontakt sa hranom) i Regulativa EU (EC) Ne.
1935/2004, čineći ga sigurnim za opremu za preradu hrane i farmaceutskih proizvoda.
Može li se N02201 koristiti u kriogenim aplikacijama?
Da—N02201 zadržava visoku duktilnost (izduženje >40%) na temperaturama do -253°C (tačka ključanja tečnog vodonika), što ga čini pogodnim za kriogene rezervoare goriva i supravodljive sisteme.
