1. Indledning
Nikkel 201 (US N02201) er en kommercielt ren nikkellegering, der er bredt anerkendt for sin exceptionelle korrosionsbestandighed, fremragende termisk stabilitet, og fremragende formbarhed.
Specificeret under ASTM B162 til tallerken, ark, og strip, Nikkel 201 er i det væsentlige en kulstoffattig variant af nikkel 200.
Reduktionen i kulstofindhold øger dets modstandsdygtighed over for intergranulær skørhed betydeligt og bevarer den mekaniske integritet ved forhøjede temperaturer.
Dens kombination af renhed, Duktilitet, og høj korrosionsbestandighed gør det til et væsentligt materiale i kemisk forarbejdning, marine miljøer, Aerospace -applikationer, og højtemperatur industrielle operationer.
2. Hvad er ASTM B162 N02201 nikkellegering?
ASTM B162 N02201, almindeligt kendt som Nikkel 201, er en kommercielt ren nikkellegering standardiseret til plade, ark, og stripprodukter.
Det er i bund og grund en kulstoffattig version af nikkel 200, med kulstofindholdet reduceret til maksimalt 0.02 vægt% for at øge modstanden over for Intergranulær korrosion og termisk skørhed under højtemperaturservice.
Nikkel 201 er præget af:
- Nikkelindhold med høj renhed (≥99 vægt%), sikrer fremragende korrosionsbestandighed i neutral, alkalisk, og mildt oxiderende miljøer.
- Indhold med lavt kulstofindhold, som forhindrer dannelsen af nikkelcarbider ved korngrænser, opretholdelse af duktilitet og sejhed under langvarig varmepåvirkning.
- Fremragende formbarhed, gør den velegnet til dybtegning, Spinding, og komplekse fremstillingsoperationer.
- Overlegen termisk stabilitet, tillader kontinuerlig drift ved forhøjede temperaturer uden væsentligt tab af mekaniske egenskaber.
3. Kemisk sammensætning af nikkel 201
Nikkel 201 (US N02201) er en kommercielt ren nikkellegering med omhyggeligt kontrollerede urenheder og et lavt kulstofindhold for at forbedre ydeevne ved høje temperaturer og korrosionsbestandighed.
Den kemiske sammensætning er standardiseret under ASTM B162 for at sikre ensartede egenskaber til industrielle applikationer.
| Element | Typisk indhold (WT%) | Noter |
| Nikkel (I) | ≥ 99.0 | Baseelement, sikrer korrosionsbestandighed og duktilitet |
| Kulstof (C) | ≤ 0.02 | Lavt kulstofindhold reducerer karbiddannelsen, forhindre intergranulær korrosion |
| Jern (Fe) | ≤ 0.40 | Resterende, mindre indflydelse på korrosionsbestandigheden |
| Kobber (Cu) | ≤ 0.25 | Urenhedsniveau, kan forbedre korrosionsbestandigheden en smule i specifikke miljøer |
| Mangan (Mn) | ≤ 0.10 | Mindre urenhed, minimal effekt på mekaniske egenskaber |
| Silicium (Og) | ≤ 0.10 | Restelement, bidrager minimalt til oxidationsmodstand |
| Svovl (S) | ≤ 0.01 | Styres for at undgå skørhed og opretholde duktilitet |
| Fosfor (S) | ≤ 0.01 | Lavt fosfor sikrer god sejhed og svejsbarhed |
Nøgleindsigt:
- Nikkel dominans: Over 99 vægt% nikkel sikrer fremragende kemisk stabilitet i ætsende medier.
- Lavt kulstof: ≤0,02 vægt% kulstof forhindrer udfældning af nikkelcarbider ved korngrænser under langvarig højtemperaturdrift, som er kritisk for Stresskorrosionsmodstand.
- Kontrollerede urenheder: Elementer som jern, kobber, og mangan holdes på minimale niveauer for at balancere omkostningerne, Korrosionsmodstand, og mekanisk ydeevne.
4. Fysiske egenskaber for UNS N02201
| Ejendom | Værdi |
| Densitet | 8.89 g/cm³ |
| Smelteområde | 1435–1446 °C |
| Termisk ledningsevne | 90 W/m · k |
| Elektrisk resistivitet | 7 μΩ · cm |
| Magnetisk permeabilitet | Lidt magnetisk forneden 354 ° C. (Curie point) |
| Koefficient for termisk ekspansion | 13.3 μm/m · ° C. (20–100 ° C.) |
5. Nikkels mekaniske egenskaber 201
Nikkel 201 (US N02201) udviser en kombination af Moderat styrke, Fremragende duktilitet, og sejhed, gør det til et alsidigt materiale til krævende industrielle applikationer.
| Ejendom | Typisk værdi | Testtilstand / Noter |
| Trækstyrke (σᵤ) | 480–620 MPa (70–90 ksi) | Annealed tilstand |
| Udbyttestyrke (σ₀.₂) | 150–275 MPa (22–40 ksi) | 0.2% Offset |
| Forlængelse (A₅₀) | 30–50 % | Målt på 50 mm gauge længde |
| Reduktion af areal (RA) | 55–65 % | Angiver duktilitet og sejhed |
| Hårdhed (HRB) | 70–100 | Rockwell B skala, Annealed tilstand |
| Forskydningsstyrke | ~ 310 MPa | Typisk værdi for smedevare |
| Elasticitetsmodul (E) | 200 GPA | Kan sammenlignes med konstruktionsstål |
| Poissons forhold | 0.31 | Standard for nikkellegeringer |
Mekaniske nøgleegenskaber:
- Duktilitet: Nikkel 201 kan gennemgå betydelig plastisk deformation før fejl, gør den velegnet til formning, bøjning, og dybtegningsoperationer.
- Sejhed: Bevarer fremragende brudsejhed over et bredt temperaturområde, fra kryogene forhold til ca 600 ° C..
- Arbejdshærdning: Kan forstærkes gennem koldbearbejdning, giver fleksibilitet i design af mekaniske komponenter.
- Træthedsmodstand: Høj duktilitet og lave urenhedsniveauer bidrager til god træthedsydelse i cykliske belastningsmiljøer.
6. Korrosionsmodstand & Temperaturydelse
Nikkel 201 (US N02201) er højt anset for sin Enestående korrosionsbestandighed og Termisk stabilitet, især i miljøer, der indeholder neutrale og reducerende kemikalier.
Dens ydeevne er overlegen i forhold til mange kommercielle metaller på grund af dens høj nikkelrenhed (≥ 99.5%) og Indhold med lavt kulstofindhold (< 0.02%), som forhindrer sensibilisering og karbidudfældning ved forhøjede temperaturer.
Korrosionsmodstand
Nikkel 201 viser modstandsdygtighed over for en lang række ætsende midler, gør det til et valgfrit materiale Kemisk behandling, marine, og applikationer med høj renhed.
| Miljø | Korrosionsadfærd | Kommentarer |
| Ætsende alkalier (Naoh, KOH) | Fremragende | Minimal korrosion selv ved kogetemperaturer; bruges til kaustiske fordampere og varmevekslere. |
| Neutral & Reduktion af salte | Fremragende | Stabil i neutral klorid, sulfat, og nitratmiljøer. |
| Syrer (Saltsyre, Svovlsyre) | Moderat til godt | Modstandsdygtig i fortyndede koncentrationer; korrosion øges med højere surhedsgrad og temperatur. |
| Oxiderende miljøer (Salpetersyre, Halogener) | Dårlig | Ikke egnet til stærke oxiderende syrer eller halogengasser; Nikkel 200/201 er tilbøjelige til at angribe. |
| Havvand & saltlage | God | Fungerer godt under stillestående og flydende forhold, men ikke så godt som kobber-nikkel-legeringer i højhastigheds havvand. |
| Organiske forbindelser (Eddikesyre, Myresyrer) | Fremragende | Stabilt under mest eksponering af organisk syre, hvilket gør den ideel til procesudstyr i den kemiske industri. |
Modstandsmekanisme:
Nikkel 201's korrosionsbestandighed er afledt af dannelsen af en tynd, Vedhæftede oxidfilm på dens overflade, som passiviserer metallet og hæmmer yderligere angreb.
Dens lave kulstofindhold forhindrer Intergranulær korrosion, sikrer lang levetid i termiske cykler eller svejsemiljøer.
Temperaturydelse
Nikkel 201 bevarer mekanisk integritet og kemisk stabilitet over et bredt temperaturspektrum, fra kryogen til moderat høj temperatur betingelser.
| Temperaturområde | Opførsel | Typiske applikationer |
| -200 °C til 0 ° C. | Fremragende sejhed og duktilitet | Kryogene lagerbeholdere, systemer til håndtering af flydende gas |
| Ambient til 300 ° C. | Bevarer styrke og korrosionsbestandighed | Kemi- og fødevareforarbejdningsudstyr |
| 300 ° C til 600 ° C. | Stabil mod grafitisering (i modsætning til nikkel 200) | Varmevekslere, ovnkomponenter |
| > 600 ° C. | Gradvis reduktion i styrke; risikoen for oxidation øges | Begrænset brug, beskyttende belægninger anbefales |
Nøglefordel i forhold til nikkel 200:
Nikkel 201's lavere kulstofniveau (< 0.02%) forbedrer den markant grafitiseringsmodstand, muliggør sikker drift op til 600 ° C. uden skørhed - hvorimod Nikkel 200 er typisk begrænset til 315 ° C..
7. Fremstilling, Dannelse, og varmebehandling
Nikkel 201 (US N02201) er højt værdsat i fremstillingsindustrien for sin Fremragende formbarhed, svejsbarhed, og termisk stabilitet.
Dens lave kulstofindhold (< 0.02 %) gør det mindre modtageligt for karbidudfældning under opvarmning, som forstærker dens bearbejdelighed og modstandsdygtighed over for intergranulær korrosion under formning og svejsning.
Fremstilling og bearbejdelighed
Nikkel 201 kan være let fremstillet ved hjælp af konventionelle metoder anvendes til austenitisk rustfrit stål og andre højnikkellegeringer.
| Fremstillingsproces | Egenskaber | Bedste praksis |
| Bearbejdning | Giver rene overflader med moderat værktøjsslitage; lidt hårdere end kobber, men blødere end de fleste stål. | Bruge Højhastighedsstål (HSS) eller Carbide-Tipped Tools, Lavskærende hastigheder (15–25 m/I), og generøs smøring. |
| Dannelse | Fremragende duktilitet i både varme og kolde forhold; minimal risiko for revner. | Udføre koldt arbejde ved stuetemperatur til præcisionsformning. Til kraftig formning, bruge varmbearbejdning mellem 870–1230 °C. |
| Klipning / Stansning | Let at skære og stanse på grund af moderat hårdhed (~70-85HRB). | Brug skarpt værktøj og tilstrækkelig frigang for at forhindre kantrivning. |
| Smedning | Ensartet kornstruktur bevares under varmbearbejdning. | Opvarm gradvist til 1150–1230 °C, færdig smedning ovenfor 870 ° C., efterfulgt af hurtig køling. |
Machinability Index:
Nickel 201's bearbejdelighed er vurderet til 20–25 % af fritskærende stål (Aisi 1212), afspejler behovet for skarpe værktøjer, kontrollerede hastigheder, og ensartet køling for at undgå arbejdshærdning.
Dannende egenskaber
Nikkel 201'er høj duktilitet og moderat styrke gør den ideel til dyb tegning, Spinding, og bukkeoperationer.
- Kold formning: Legeringen viser minimal tilbagefjedring og tøjningshærdning; postformende udglødning genopretter duktiliteten.
- Varm formning: Effektiv mellem 870–1230 °C. Arbejdet bør ikke udføres nedenfor 870 °C for at forhindre, at overfladen revner.
- Krav til udglødning: Efter kraftig deformation eller kuldreduktion (> 15 %), udglødning anbefales for at lindre indre stress.
Typiske formningsapplikationer:
- Varmevekslerrør
- Kaustiske fordamperbakker
- Kemiske procesbeholdere
Svejsning
Nikkel 201 udstillinger Fremragende svejsbarhed ved hjælp af de fleste konventionelle processer:
- Foretrukne metoder: Gtaw (TIG), Gawn (MIG), SMAW, og modstandssvejsning.
- Fyldstofmetaller: Almindeligvis Nikkel 201 (ERNi-1) eller Nikkel 200 der anvendes påfyldningsstænger.
- Forholdsregler:
-
- Forvarmning er ikke påkrævet.
- Eftersvejsning varmebehandling er valgfri medmindre det er nødvendigt for dimensionskontrol.
- Undgå overdreven varmetilførsel for at forhindre kornvækst og oxidation.
Typisk svejseydelse:
Trækstyrken af svejsede samlinger forbliver på ≥ 90 % af grundmetallet, og korrosionsbestandigheden er stort set upåvirket, hvis korrekt afskærmning opretholdes.
Varmebehandling
Varmebehandling af nikkel 201 er primært vant til genoprette duktiliteten, lindre indre stress, og forfine kornstrukturen efter fremstilling.
| Type varmebehandling | Temperaturområde | Kølemetode | Formål |
| Udglødning | 650–900 ° C. | Luft- eller vandkøling | Aflaster belastninger fra koldt arbejde, genopretter duktiliteten |
| Stressaflastende | 480–650 ° C. | Luftkøling | Reducerer restbelastning efter bearbejdning eller svejsning |
| Løsning af annealing | 760–870 ° C. | Hurtig slukning | Sikrer ensartet mikrostruktur og korrosionsbestandighed |
Forsigtighed:
Undgå længerevarende eksponering ovenfor 600 ° C. i uren atmosfære for at forhindre overfladeoxidation og forurening.
8. Fordele & Nikkels begrænsninger 201 Nikkel legering
Nikkel 201 (US N02201) er en kommercielt rent bearbejdet nikkel designet til at tilbyde overlegen ydeevne i kemisk aggressive og høje temperaturmiljøer.
Fordele ved nikkel 201
Nikkel 201s unikke blanding af kemisk renhed, Duktilitet, og metallurgisk stabilitet gør det til et af de mest pålidelige materialer til krævende industriel brug.
| Kategori | Fordel | Teknisk forklaring / Fordel |
| Korrosionsmodstand | Fremragende modstandsdygtighed over for kaustiske alkalier, neutrale salte, og tørre gasser. | Særligt modstandsdygtig over for natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, og vandfri ammoniak - nikkeloxidfilmdannelse giver holdbar passivering. |
| Termisk stabilitet | Bevarer mekaniske egenskaber op til ~600 °C. | I modsætning til nikkel 200, som lider af grafitisering ovenfor 315 ° C., Nikkel 201's reducerede kulstof (< 0.02 %) forhindrer karbidudfældning og intergranulær skørhed. |
| Fremstilling og formbarhed | Fremragende kulde- og varmebearbejdningsegenskaber. | Kan nemt tegnes, spundet, dybt formet, eller smedet uden at revne; minimal arbejdshærdning sammenlignet med rustfrit stål. |
| Svejsbarhed | Fremragende svejsbarhed med gaswolframbue (Gtaw), gas metalbue (Gawn), og modstandsmetoder. | Svejsesamlinger holder op til 90–95 % af basismetalstyrke og korrosionsbestandighed, når det er korrekt fyldstof (ERNi-1) er brugt. |
Elektrisk & Termisk ledningsevne |
Høj elektrisk ledningsevne (~ 22 % IACS) og termisk ledningsevne (~61 W/m·K). | Ideel til elektriske komponenter, varmeelementer, og ledende kemisk udstyr. |
| Magnetiske egenskaber | Ikke-magnetisk i annealet tilstand. | Velegnet til følsomme magnetiske og instrumenteringsmiljøer. |
| Renhed og renlighed | > 99.6 % Ni-indhold sikrer minimal forurening i processer med høj renhed. | Anvendes i halvleder, mad, og farmaceutiske industrier, hvor metallisk forurening skal undgås. |
| Modstand mod reducerende miljøer | Stabil i hydrogen og CO₂ atmosfærer. | Bevarer duktilitet og mekanisk integritet selv under eksponering for reducerende gasser. |
Nikkels begrænsninger 201
På trods af sine fremragende egenskaber, Nikkel 201 er ikke en universallegering. Dens anvendelse er begrænset af mekaniske og miljømæssige faktorer, som skal vurderes omhyggeligt under materialevalg.
| Kategori | Begrænsning | Forklaring / Afbødning |
| Mekanisk styrke | Relativ lav flydespænding (~60-90 MPa ved stuetemperatur). | Ikke egnet til tunge strukturelle applikationer; ofte forstærket med udvendige understøtninger eller beklædning. |
| Oxidationsmodstand | Moderat modstand i luften over 600 ° C.. | Langvarig eksponering ved høje temperaturer forårsager overfladeoxidation og afskalning; beskyttende belægninger anbefales. |
| Koste | Højere omkostninger end kulstofstål eller rustfrit stål. | Kun berettiget i stærkt ætsende eller renhedskritiske miljøer. |
Svovl & Halogenidfølsomhed |
Modtagelig over for angreb i svovlholdige eller halogenmiljøer (F.eks., Cl2, HCL, Så₂). | Undgå brug i klorholdige eller svovlholdige atmosfærer; vælg Nikkellegering 600 eller legering 625 i stedet. |
| Arbejdshærdning | Arbejdshærder under koldformning. | Kræver mellemudglødning for omfattende deformation. |
| Begrænset højtemperaturstyrke | Mister trækstyrke hurtigt over 650 ° C.. | Brug nikkelbaserede superlegeringer (F.eks., Inkonel 600, Hastelloy C-22) til applikationer med høj stress eller forhøjede temperaturer. |
9. Anvendelser af ASTM B162 N02201
Nikkel 201 er meget udbredt i industrier, der kræver korrosionsbestandighed og formbarhed:
- Kemisk behandling: kaustisk sodafordampere, alkaliske tanke
- Marine applikationer: havvandsudstyr, offshore komponenter
- Varmevekslere & kondensatorer
- Rumfart: spinding og tegnede komponenter
- Trykfartøjer & kedler kræver lavt kulstofindhold, Korrosionsbestandige materialer
10. Sammenligning med lignende nikkellegeringer
Nikkel 201 (US N02201) er en del af en familie af kommercielt rene nikkellegeringer der også inkluderer Nikkel 200 (UNS N02200) og flere Nikkelbaserede legeringer såsom Legering 400 (Monel 400), Legering 600 (Inkonel 600), og Legering 625 (Inkonel 625).
Sammenligningstabel – Nikkel 201 vs.. Andre nikkellegeringer
| Ejendom / Funktion | Nikkel 200 (UNS N02200) | Nikkel 201 (US N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inkonel 600 (US N06600) | Inkonel 625 (US N06625) |
| Nominel sammensætning (WT%) | Er ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Er ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | I ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | I ~ 72, Cr ~ 15.5, Fe ~ 8 | I ~ 61, Cr ~ 21.5, Mo ~ 9, Nb + Hun ~ 3.6 |
| Smelteområde (° C.) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Max Service Temp (° C.) | Op til 315 ° C. | Op til 600 ° C. | Op til 550 ° C. | Op til 1100 ° C. | Op til 982 ° C. (krybebestandig) |
| Densitet (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Trækstyrke (MPA, Annealed) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Udbyttestyrke (MPA, 0.2% Offset) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Forlængelse (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Korrosionsmodstand | Fremragende i alkalier; moderat i syrer | Fremragende i alkalier; forbedret ved høj T | Fremragende i havvand, flussyre | Fremragende til at oxidere & reducerende medier | Fremragende i oxidation, reducerende, og kloridmiljøer |
| Svejsbarhed / Formbarhed | Fremragende | Fremragende | God | God | Moderat (Arbejdshærdning) |
| Primære anvendelsestilfælde | Lavtemperatur kaustiske systemer, Madbehandling | Højtemperatur kaustisk service, kemiske renhedssystemer | Marine, Pumpeaksler, HF-syreservice | Varmevekslere, ovnrør, Atomreaktorer | Rumfart, kemisk proces, Søgrør |
11. Konklusion
Nikkel 201 (US N02201) under ASTM B162 er en høj renhed, nikkellegering med lavt kulstofindhold, der giver fremragende korrosionsbestandighed, Termisk stabilitet, og formbarhed.
Det er især velegnet til kemikalier, marine, rumfart, og højtemperaturapplikationer, hvor lavt kulstofindhold er afgørende for at forhindre intergranulær skørhed.
Mens den mekaniske styrke er moderat, dens holdbarhed, pålidelighed, og alsidighed i fremstillingen gør det til et foretrukket materiale i krævende industrielle miljøer.
FAQS
Hvad er forskellen mellem ASTM B162 N02201 og N02200?
Den primære forskel er kulstofindholdet: N02201 har et maksimalt kulstof på 0.02% (vs.. 0.15% til N02201? Nej – korrekt: N02200 har 0.15% max C).
N02201s lave C forbedrer svejsbarheden og intergranulær korrosionsbestandighed, gør det bedre til svejsede samlinger og kryogenik. N02200 er lavere omkostninger for ikke-svejsede applikationer.
Hvad er den maksimale driftstemperatur for N02201?
N02201 kan fungere kontinuerligt ved op til 600°C (1112° f) mens du beholder >40% Forlængelse. Over 600 ° C., trækstyrken falder hurtigt, begrænse brugen til intermitterende eksponering.
Er N02201 svejsbar?
Ja—N02201 kan let svejses via GTAW (TIG) og GMAW (MIG) ved brug af N02201 fyldmetaller (ERNi-1/ENi-1).
Varmebehandling efter svejsning er ikke påkrævet til de fleste applikationer på grund af lavt kulstofindhold.
Hvordan fungerer N02201 i havvand?
N02201 udviser fremragende havvandskorrosionsbestandighed, med en korrosionshastighed <0.02 mm/år - bedre end 304 Rustfrit stål (0.1 mm/år). Den er ideel til marine kølesystemer.
Hvilke certificeringer har N02201 for fødevarekontakt?
N02201 overholder FDA 21 CFR -del 177.2600 (fødevarekontakt) og EU-forordning (EC) Ingen.
1935/2004, gør det sikkert for fødevare- og farmaceutisk udstyr.
Kan N02201 bruges i kryogene applikationer?
Ja—N02201 bevarer høj duktilitet (Forlængelse >40%) ved temperaturer helt ned til -253°C (flydende brint kogepunkt), hvilket gør den velegnet til kryogene brændstoftanke og superledende systemer.
