1. Zavedení
Nikl 201 (US N02201) je komerčně čistá slitina niklu, která je široce uznávána pro svou výjimečnou odolnost proti korozi, vynikající tepelná stabilita, a vynikající tvarovatelnost.
Specifikováno pod ASTM B162 pro talíř, list, A strip, Nikl 201 je v podstatě nízkouhlíkovou variantou niklu 200.
Snížení obsahu uhlíku výrazně zvyšuje jeho odolnost proti mezikrystalickému křehnutí a udržuje mechanickou integritu při zvýšených teplotách.
Jeho kombinace čistoty, tažnost, a vysoká odolnost proti korozi z něj činí základní materiál při chemickém zpracování, mořské prostředí, Letecké aplikace, a vysokoteplotní průmyslové provozy.
2. Co je slitina niklu ASTM B162 N02201?
ASTM B162 N02201, běžně známý jako Nikl 201, je komerčně čistá slitina niklu standardizovaná pro talíř, list, a pásové výrobky.
Je to v podstatě a nízkouhlíková verze niklu 200, s obsahem uhlíku sníženým na maximum 0.02 hmotn. pro zvýšení odolnosti vůči Intergranulární koroze a tepelná křehkost při vysokoteplotním provozu.
Nikl 201 se vyznačuje tím:
- Vysoký obsah čistého niklu (≥99 hm. %), zajišťující vynikající odolnost proti korozi v neutrálu, Alkalin, a mírně oxidační prostředí.
- Nízký obsah uhlíku, který zabraňuje tvorbě karbidů niklu na hranicích zrn, zachování tažnosti a houževnatosti při dlouhodobém působení tepla.
- Vynikající formovatelnost, takže je vhodný pro hluboké tažení, Spinning, a složité výrobní operace.
- Vynikající tepelná stabilita, umožňující nepřetržitý provoz při zvýšených teplotách bez výrazné ztráty mechanických vlastností.
3. Chemické složení niklu 201
Nikl 201 (US N02201) je a komerčně čistá slitina niklu s pečlivě kontrolovanými nečistotami a nízkým obsahem uhlíku pro zlepšení výkonu při vysokých teplotách a odolnosti proti korozi.
Chemické složení je standardizováno pod ASTM B162 pro zajištění konzistentních vlastností pro průmyslové aplikace.
| Živel | Typický obsah (WT%) | Poznámky |
| Nikl (V) | ≥ 99.0 | Základní prvek, zajišťuje odolnost proti korozi a tažnost |
| Uhlík (C) | ≤ 0.02 | Nízký obsah uhlíku snižuje tvorbu karbidů, zabraňuje mezikrystalové korozi |
| Železo (Fe) | ≤ 0.40 | Reziduální, malý vliv na odolnost proti korozi |
| Měď (Cu) | ≤ 0.25 | Úroveň nečistot, může mírně zlepšit odolnost proti korozi ve specifických prostředích |
| Mangan (Mn) | ≤ 0.10 | Drobná nečistota, minimální vliv na mechanické vlastnosti |
| Křemík (A) | ≤ 0.10 | Zbytkový prvek, k oxidační odolnosti přispívá minimálně |
| Síra (S) | ≤ 0.01 | Kontrolováno, aby se zabránilo křehnutí a zachovala tažnost |
| Fosfor (Str) | ≤ 0.01 | Nízký obsah fosforu zajišťuje dobrou houževnatost a svařitelnost |
Klíčové poznatky:
- Dominance niklu: Nad 99 % hmotn. niklu zajišťuje vynikající chemickou stabilitu v korozivních médiích.
- Nízký uhlík: ≤ 0,02 % hmotn. uhlíku zabraňuje vysrážení karbidů niklu na hranicích zrn během dlouhodobého vysokoteplotního provozu, která je kritická pro Odolnost proti korozi na stresování.
- Kontrolované nečistoty: Prvky jako železo, měď, a mangan jsou udržovány na minimálních úrovních, aby se vyrovnaly náklady, odolnost proti korozi, a mechanický výkon.
4. Fyzikální vlastnosti UNS N02201
| Vlastnictví | Hodnota |
| Hustota | 8.89 g/cm³ |
| Rozsah tání | 1435–1446 °C |
| Tepelná vodivost | 90 W/m · k |
| Elektrický odpor | 7 μΩ · cm |
| Magnetická permeabilita | Dole mírně magnetické 354 ° C. (Curieův bod) |
| Součinitel tepelné roztažnosti | 13.3 μm/m · ° C. (20–100 ° C.) |
5. Mechanické vlastnosti niklu 201
Nikl 201 (US N02201) vykazuje kombinaci Mírná síla, Vynikající tažnost, a houževnatost, což z něj činí všestranný materiál pro náročné průmyslové aplikace.
| Vlastnictví | Typická hodnota | Testovací podmínka / Poznámky |
| Pevnost v tahu (σᵤ) | 480–620 MPA (70– 90 ksi) | Žíhaný stav |
| Výnosová síla (σ₀.₂) | 150–275 MPa (22–40 ksi) | 0.2% offset |
| Prodloužení (A₅₀) | 30–50 % | Měřeno dne 50 MM Délka měřidla |
| Snížení plochy (RA) | 55–65 % | Označuje tažnost a houževnatost |
| Tvrdost (HRB) | 70–100 | Rockwellova stupnice B, žíhaný stav |
| Střihová síla | ~ 310 MPa | Typická hodnota pro tepaný výrobek |
| Modul elasticity (E) | 200 GPA | Srovnatelné s konstrukční ocelí |
| Poissonův poměr | 0.31 | Standard pro slitiny niklu |
Klíčové mechanické vlastnosti:
- Tažnost: Nikl 201 může podléhat výrazné plastické deformaci před selháním, takže je vhodný pro tvarování, ohýbání, a operace hlubokého tažení.
- Houževnatost: Udržuje vynikající lomovou houževnatost v širokém teplotním rozsahu, z kryogenních podmínek do přibližně 600 ° C..
- Kalení práce: Lze zpevnit tvářením za studena, poskytuje flexibilitu v konstrukci mechanických součástí.
- Odolnost proti únavě: Vysoká tažnost a nízké hladiny nečistot přispívají k dobrému únavovému výkonu v prostředí s cyklickým zatížením.
6. Odolnost proti korozi & Teplotní výkon
Nikl 201 (US N02201) je pro něj vysoce ceněna Výjimečná odolnost proti korozi a Tepelná stabilita, zejména v prostředích obsahujících neutrální a redukční chemikálie.
Jeho výkon je díky němu lepší než u mnoha komerčních kovů vysoká čistota niklu (≥ 99.5%) a nízký obsah uhlíku (< 0.02%), které zabraňují senzibilizaci a vysrážení karbidů při zvýšených teplotách.
Odolnost proti korozi
Nikl 201 prokazuje odolnost vůči široké škále korozivních činidel, což z něj činí materiál volby Chemické zpracování, námořní, a vysoce čisté aplikace.
| Prostředí | Korozní chování | Komentáře |
| Žíravé alkálie (Naoh, KOH) | Vynikající | Minimální koroze i při teplotách varu; používá se pro žíravé výparníky a výměníky tepla. |
| Neutrální & Snížení solí | Vynikající | Stabilní v neutrálním chloridu, síran, a dusičnanové prostředí. |
| Kyseliny (Hydrochloridová, sírový) | Mírné až dobré | Odolný ve zředěných koncentracích; koroze se zvyšuje s vyšší kyselostí a teplotou. |
| Oxidující prostředí (Kyselina dusičná, Halogeny) | Chudý | Nevhodné pro silné oxidační kyseliny nebo halogenové plyny; Nikl 200/201 jsou náchylné k útoku. |
| Mořská voda & Solanka | Dobrý | Funguje dobře za stojatých a tekoucích podmínek, ale ne tak dobře jako slitiny mědi a niklu ve vysokorychlostní mořské vodě. |
| Organické sloučeniny (octová, Kyseliny mravenčí) | Vynikající | Stabilní při působení většiny organických kyselin, díky tomu je ideální pro procesní zařízení v chemickém průmyslu. |
Mechanismus odporu:
Odolnost niklu 201 proti korozi je odvozena od tvorby a tenký, přilnavý oxidový film na jeho povrchu, která pasivuje kov a inhibuje další útok.
Jeho nízký obsah uhlíku zabraňuje Intergranulární koroze, zajišťující dlouhou životnost v prostředí tepelného cyklování nebo svařování.
Teplotní výkon
Nikl 201 zachovává si mechanickou integritu a chemickou stabilitu v širokém teplotním spektru, z kryogenní až středně vysoké teploty podmínky.
| Teplotní rozsah | Chování | Typické aplikace |
| -200 °C až 0 ° C. | Vynikající houževnatost a tažnost | Kryogenní skladovací nádoby, systémy pro manipulaci s kapalným plynem |
| Okolní k 300 ° C. | Udržuje pevnost a odolnost proti korozi | Chemická a potravinářská zařízení |
| 300 ° C až 600 ° C. | Stabilní proti grafitizaci (na rozdíl od niklu 200) | Výměníky tepla, Komponenty pece |
| > 600 ° C. | Postupné snižování pevnosti; zvyšuje se riziko oxidace | Omezené použití, doporučené ochranné nátěry |
Klíčová výhoda oproti niklu 200:
Nižší obsah uhlíku u niklu 201 (< 0.02%) výrazně zlepšuje jeho odolnost proti grafitizaci, umožňující bezpečný provoz až 600 ° C. bez zkřehnutí — kdežto Nikl 200 je obvykle omezen na 315 ° C..
7. Výroba, Formování, a tepelné zpracování
Nikl 201 (US N02201) je vysoce ceněna ve zpracovatelském průmyslu pro své Vynikající formovatelnost, svařovatelnost, a tepelná stabilita.
Jeho nízký obsah uhlíku (< 0.02 %) snižuje náchylnost k srážení karbidů během ohřevu, což zvyšuje jeho zpracovatelnost a odolnost proti mezikrystalové korozi při tváření a svařování.
Výroba a majitelnost
Nikl 201 může být snadno vyrobitelné konvenčními metodami používá se pro austenitické nerezové oceli a další slitiny s vysokým obsahem niklu.
| Proces výroby | Charakteristiky | Osvědčené postupy |
| Obrábění | Vytváří čisté povrchy s mírným opotřebením nástroje; o něco tvrdší než měď, ale měkčí než většina ocelí. | Použití Vysokorychlostní ocel (HSS) nebo Nástroje s karbidem, Nízké rychlosti řezání (15–25 m/I), a vydatné mazání. |
| Formování | Vynikající tažnost v teplých i studených podmínkách; minimální riziko prasknutí. | Provést Studená práce při pokojové teplotě pro přesné tvarování. Pro těžké tvarování, použití zpracování za tepla mezi 870–1230 °C. |
| Stříhání / Děrování | Snadné řezání a děrování díky střední tvrdosti (~70-85HRB). | Používejte ostré nástroje a dostatečnou vůli, abyste zabránili trhání hran. |
| Kování | Rovnoměrná struktura zrna zachována při zpracování za tepla. | Zahřívejte postupně na 1150–1230 °C, dokončete kování výše 870 ° C., následované rychlým chlazením. |
Index machinability:
Obrobitelnost niklu 201 je hodnocena jako 20–25 % z automatové oceli (AISI 1212), odráží potřebu ostrých nástrojů, řízené rychlosti, a důsledné chlazení, aby se zabránilo mechanickému ztvrdnutí.
Charakteristiky tváření
Nikl 201 vysoká tažnost a střední pevnost je ideální pro hluboké kreslení, Spinning, a ohýbací operace.
- Formování chladu: Slitina vykazuje minimální zpětné odpružení a deformační zpevnění; žíhání po tváření obnovuje tažnost.
- Horké formování: Účinné mezi 870–1230 °C. Práce by se neměla provádět níže 870 °C, aby se zabránilo praskání povrchu.
- Požadavek na žíhání: Po silné deformaci nebo redukci za studena (> 15 %), žíhání se doporučuje ke zmírnění vnitřního napětí.
Typické tvářecí aplikace:
- Trubička výměníku tepla
- Žíravé odpařovací misky
- Nádoby pro chemické procesy
Svařování
Nikl 201 exponáty Vynikající svářetelnost pomocí většiny konvenčních procesů:
- Preferované metody: GTAW (TIG), Gawn (MĚ), Smaw, a odporové svařování.
- Výplňové kovy: Běžně Nikl 201 (ERNi-1) nebo Nikl 200 používají se výplňové tyče.
- Opatření:
-
- Předehřívání je není nutné.
- Tepelné zpracování po svařování je volitelný pokud to není nutné pro kontrolu rozměrů.
- Vyhněte se nadměrnému přívodu tepla, abyste zabránili růstu zrn a oxidaci.
Typický výkon svařování:
Pevnost svarových spojů v tahu zůstává při ≥ 90 % z obecného kovu, a odolnost proti korozi je do značné míry nedotčena, pokud je zachováno správné stínění.
Tepelné zpracování
Tepelné zpracování niklu 201 je primárně zvyklý obnovit tažnost, zmírnit vnitřní stres, a zpřesnit strukturu zrna po zhotovení.
| Typ tepelného zpracování | Teplotní rozsah | Metoda chlazení | Účel |
| Žíhání | 650–900 ° C. | Chlazení vzduchem nebo vodou | Uvolňuje námahu při práci za studena, obnovuje tažnost |
| Ulehčení stresu | 480–650 ° C. | Chlazení vzduchem | Snižuje zbytkové napětí po obrábění nebo svařování |
| Žíhání řešení | 760–870 ° C. | Rychlé zhášení | Zajišťuje jednotnou mikrostrukturu a odolnost proti korozi |
Pozor:
Vyhněte se dlouhodobé expozici výše 600 ° C. v nečisté atmosféře, aby se zabránilo povrchové oxidaci a kontaminaci.
8. Výhody & Omezení niklu 201 Slitina niklu
Nikl 201 (US N02201) je a komerčně čistý tvářený nikl navrženy tak, aby nabízely vynikající výkon v chemicky agresivním a vysokoteplotním prostředí.
Výhody niklu 201
Nikl 201 je jedinečná směs chemické čistoty, tažnost, a metalurgická stabilita z něj činí jeden z nejspolehlivějších materiálů pro náročné průmyslové použití.
| Kategorie | Výhoda | Technické vysvětlení / Prospěch |
| Odolnost proti korozi | Vynikající odolnost vůči žíravým alkáliím, neutrální soli, a suché plyny. | Zvláště odolný vůči hydroxidu sodnému, hydroxid draselný, a tvorba filmu bezvodého amoniaku a oxidu niklu zajišťuje trvalou pasivaci. |
| Tepelná stabilita | Zachovává mechanické vlastnosti až do ~600 °C. | Na rozdíl od niklu 200, který trpí grafitizací výše 315 ° C., Nikl 201 se sníženým obsahem uhlíku (< 0.02 %) zabraňuje precipitaci karbidů a intergranulárnímu křehnutí. |
| Výroba a tvarovatelnost | Výrazná zima- a vlastnosti zpracování za tepla. | Lze snadno kreslit, předený, hluboce formované, nebo kované bez prasklin; minimální mechanické zpevnění ve srovnání s nerezovou ocelí. |
| Svařovatelnost | Vynikající svařitelnost plynovým wolframovým obloukem (GTAW), plynový kovový oblouk (Gawn), a odporové metody. | Svarové spoje udrží až 90–95 % pevnosti obecného kovu a odolnosti proti korozi při použití správného plniva (ERNi-1) se používá. |
Elektrický & Tepelná vodivost |
Vysoká elektrická vodivost (~ 22 % IAC) a tepelná vodivost (~61 W/m·K). | Ideální pro elektrické komponenty, topné prvky, a vodivá chemická zařízení. |
| Magnetické vlastnosti | Nemagnetický v žíhaném stavu. | Vhodné pro citlivá magnetická a přístrojová prostředí. |
| Čistota a čistota | > 99.6 % Obsah Ni zajišťuje minimální kontaminaci ve vysoce čistých procesech. | Používá se v polovodičích, jídlo, a farmaceutický průmysl, kde je nutné zabránit kovové kontaminaci. |
| Odolnost vůči omezujícím vlivům prostředí | Stabilní v atmosféře vodíku a CO₂. | Zachovává tažnost a mechanickou integritu i při vystavení redukčním plynům. |
Omezení niklu 201
Navzdory svým vynikajícím vlastnostem, Nikl 201 je není univerzální slitina. Jeho použití je omezeno mechanickými a environmentálními faktory, které je třeba pečlivě zvážit při výběru materiálu.
| Kategorie | Omezení | Vysvětlení / Zmírnění |
| Mechanická síla | Relativně nízká mez kluzu (~60–90 MPa při pokojové teplotě). | Není vhodný pro těžké konstrukční aplikace; často vyztužené vnějšími podpěrami nebo obkladem. |
| Oxidační odolnost | Střední odpor ve vzduchu nahoře 600 ° C.. | Dlouhodobé vystavení vysokým teplotám způsobuje povrchovou oxidaci a tvorbu kotelního kamene; doporučené ochranné nátěry. |
| Náklady | Vyšší cena než uhlíková ocel nebo nerezová ocel. | Odůvodněné pouze ve vysoce korozivních nebo kritických prostředích. |
Síra & Halogenidová citlivost |
Náchylný k napadení v prostředích obsahujících síru nebo halogeny (NAPŘ., Cl2, Hcl, Takže). | Vyhněte se použití v chlorovaných nebo sírových prostředích; vyberte slitinu niklu 600 nebo slitina 625 místo toho. |
| Kalení práce | Během tváření za studena deformuje. | Pro rozsáhlou deformaci vyžaduje střední žíhání. |
| Omezená pevnost při vysoké teplotě | Rychle ztrácí pevnost v tahu 650 ° C.. | Používejte superslitiny na bázi niklu (NAPŘ., Inconel 600, Hastelloy C-22) pro aplikace s vysokým namáháním nebo při zvýšených teplotách. |
9. Aplikace ASTM B162 N02201
Nikl 201 je široce používán v průmyslových odvětvích, která vyžadují odolnost proti korozi a tvarovatelnost:
- Chemické zpracování: odpařovače hydroxidu sodného, alkalické nádrže
- Marine Aplikace: vybavení pro mořskou vodu, offshore komponenty
- Výměníky tepla & kondenzátory
- Letectví: spřádání a tažené součásti
- Tlakové nádoby & kotle vyžadující nízkouhlíkové, Materiály odolné proti korozi
10. Srovnání s podobnými slitinami niklu
Nikl 201 (US N02201) je součástí rodiny komerčně čisté slitiny niklu to také zahrnuje Nikl 200 (UNS N02200) a několik slitiny na bázi niklu například Slitina 400 (Monel 400), Slitina 600 (Inconel 600), a Slitina 625 (Inconel 625).
Srovnávací tabulka – Nikl 201 vs.. Ostatní slitiny niklu
| Vlastnictví / Funkce | Nikl 200 (UNS N02200) | Nikl 201 (US N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inconel 600 (US N06600) | Inconel 625 (US N06625) |
| Nominální složení (WT%) | Je ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Je ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | V ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | V ~ 72, Cr~ 15.5, Fe ~ 8 | V ~ 61, Cr~ 21.5, Po ~ 9, NB + Ona ~ 3.6 |
| Rozsah tání (° C.) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Max Service Temp (° C.) | Až do 315 ° C. | Až do 600 ° C. | Až do 550 ° C. | Až do 1100 ° C. | Až do 982 ° C. (odolný proti tečení) |
| Hustota (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Pevnost v tahu (MPA, žíhané) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Výnosová síla (MPA, 0.2% offset) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Prodloužení (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Odolnost proti korozi | Vynikající v alkáliích; střední v kyselinách | Vynikající v alkáliích; zlepšila se při vysoké T | Vynikající v mořské vodě, kyselina fluorovodíková | Vynikající v oxidaci & redukční média | Vynikající v oxidaci, snížení, a chloridové prostředí |
| Svařovatelnost / Formovatelnost | Vynikající | Vynikající | Dobrý | Dobrý | Mírný (Kalení práce) |
| Primární případy použití | Nízkoteplotní žíravé systémy, Zpracování potravin | Vysokoteplotní žíravina, systémy chemické čistoty | Marine, Hřídele čerpadla, Servis HF kyseliny | Výměníky tepla, trubky pece, jaderné reaktory | Letectví, chemický proces, potrubí mořské vody |
11. Závěr
Nikl 201 (US N02201) podle ASTM B162 je vysoce čistý, nízkouhlíková slitina niklu nabízející vynikající odolnost proti korozi, Tepelná stabilita, a formovatelnost.
Je vhodný zejména pro chemické látky, námořní, kosmonautika, a vysokoteplotní aplikace, kde je nízký obsah uhlíku kritický pro prevenci mezikrystalového křehnutí.
Zatímco mechanická pevnost je střední, jeho trvanlivost, spolehlivost, a všestrannost výroby z něj činí preferovaný materiál v náročných průmyslových prostředích.
Časté časté
Jaký je rozdíl mezi ASTM B162 N02201 a N02200?
Hlavním rozdílem je obsah uhlíku: N02201 má maximální uhlík 0.02% (vs.. 0.15% pro N02201? Ne – správně: N02200 má 0.15% max C).
N02201 s nízkým obsahem C zlepšuje svařitelnost a odolnost proti mezikrystalové korozi, což je lepší pro svařované spoje a kryogeniku. N02200 je nižší cena pro nesvařované aplikace.
Jaká je maximální provozní teplota pro N02201?
N02201 může pracovat nepřetržitě až do 600 °C (1112° F.) při zachování >40% prodloužení. Nad 600 ° C., pevnost v tahu rychle klesá, omezení použití na přerušovanou expozici.
Je N02201 svařitelný?
Ano – N02201 je snadno svařitelný přes GTAW (TIG) a Gmaw (MĚ) pomocí přídavných kovů N02201 (ERNi-1/ENi-1).
Tepelné zpracování po svařování není pro většinu aplikací vyžadováno kvůli nízkému obsahu uhlíku.
Jak funguje N02201 v mořské vodě?
N02201 vykazuje vynikající odolnost proti korozi mořské vody, s mírou korozí <0.02 mm/rok – vyšší než 304 nerez (0.1 MM/rok). Je ideální pro námořní chladicí systémy.
Jaké certifikáty má N02201 pro styk s potravinami?
N02201 vyhovuje FDA 21 Část CFR 177.2600 (styk s potravinami) a nařízení EU (EC) Žádný.
1935/2004, takže je bezpečný pro zařízení na zpracování potravin a léčiv.
Lze N02201 použít v kryogenních aplikacích?
Ano – N02201 si zachovává vysokou tažnost (prodloužení >40%) při teplotách až -253 °C (bod varu kapalného vodíku), díky tomu je vhodný pro kryogenní palivové nádrže a supravodivé systémy.
