1. Introduction
Nickel 201 (NOUS N02201) est un alliage de nickel commercialement pur largement reconnu pour sa résistance exceptionnelle à la corrosion, excellente stabilité thermique, et une formabilité exceptionnelle.
Spécifié sous ASTM B162 pour plaque, feuille, et se déshabiller, Nickel 201 est essentiellement une variante à faible teneur en carbone du nickel 200.
La réduction de la teneur en carbone améliore considérablement sa résistance à la fragilisation intergranulaire et maintient l'intégrité mécanique à des températures élevées..
Sa combinaison de pureté, ductilité, et sa haute résistance à la corrosion en font un matériau essentiel dans le traitement chimique, environnements marins, applications aérospatiales, et opérations industrielles à haute température.
2. Qu'est-ce que l'alliage de nickel ASTM B162 N02201?
ASTM B162 N02201, communément appelé Nickel 201, est un alliage de nickel commercialement pur normalisé pour plaque, feuille, et produits de décapage.
Il s'agit essentiellement d'un version bas carbone du Nickel 200, avec une teneur en carbone réduite à un maximum de 0.02 % en poids pour améliorer la résistance à corrosion intergranulaire et fragilisation thermique pendant le service à haute température.
Nickel 201 se caractérise par:
- Teneur en nickel de haute pureté (≥99 % en poids), assurant une excellente résistance à la corrosion en neutre, alcalin, et environnements légèrement oxydants.
- Contenu à faible teneur en carbone, qui empêche la formation de carbures de nickel aux joints de grains, maintenir la ductilité et la ténacité lors d'une exposition prolongée à la chaleur.
- Excellente formabilité, ce qui le rend adapté à l'emboutissage profond, filage, et opérations de fabrication complexes.
- Stabilité thermique supérieure, permettant un fonctionnement continu à des températures élevées sans perte significative des propriétés mécaniques.
3. Composition chimique du nickel 201
Nickel 201 (NOUS N02201) est un alliage de nickel commercialement pur avec des impuretés soigneusement contrôlées et une faible teneur en carbone pour améliorer les performances à haute température et la résistance à la corrosion.
La composition chimique est normalisée sous ASTM B162 pour garantir des propriétés constantes pour les applications industrielles.
| Élément | Contenu typique (WT%) | Remarques |
| Nickel (Dans) | ≥ 99.0 | Élément de base, assure la résistance à la corrosion et la ductilité |
| Carbone (C) | ≤ 0.02 | La faible teneur en carbone réduit la formation de carbure, prévenir la corrosion intergranulaire |
| Fer (Fe) | ≤ 0.40 | Résiduel, influence mineure sur la résistance à la corrosion |
| Cuivre (Cu) | ≤ 0.25 | Niveau d'impureté, peut légèrement améliorer la résistance à la corrosion dans des environnements spécifiques |
| Manganèse (MN) | ≤ 0.10 | Impureté mineure, effet minimal sur les propriétés mécaniques |
| Silicium (Et) | ≤ 0.10 | Élément résiduel, contribue peu à la résistance à l’oxydation |
| Soufre (S) | ≤ 0.01 | Contrôlé pour éviter la fragilisation et maintenir la ductilité |
| Phosphore (P) | ≤ 0.01 | La faible teneur en phosphore assure une bonne ténacité et soudabilité |
Idées clés:
- Dominance du nickel: Sur 99 Le % en poids de nickel assure une excellente stabilité chimique dans les milieux corrosifs.
- Carbone: Le carbone ≤ 0,02 % en poids empêche la précipitation de carbures de nickel aux joints de grains lors d'un service prolongé à haute température., ce qui est critique pour résistance à la corrosion de contrainte.
- Impuretés contrôlées: Des éléments comme le fer, cuivre, et le manganèse sont maintenus à des niveaux minimaux pour équilibrer les coûts, résistance à la corrosion, et performances mécaniques.
4. Propriétés physiques de l'UNS N02201
| Propriété | Valeur |
| Densité | 8.89 g / cm³ |
| Gamme de fusion | 1435–1446 °C |
| Conductivité thermique | 90 W / m · k |
| Résistivité électrique | 7 μω · cm |
| Perméabilité magnétique | Légèrement magnétique en dessous 354 ° C (pointe Curie) |
| Coefficient de dilatation thermique | 13.3 μm / m · ° C (20–100 ° C) |
5. Propriétés mécaniques du nickel 201
Nickel 201 (NOUS N02201) présente une combinaison de force modérée, excellente ductilité, et la ténacité, ce qui en fait un matériau polyvalent pour les applications industrielles exigeantes.
| Propriété | Valeur typique | Condition de test / Remarques |
| Résistance à la traction (σᵤ) | 480–620 MPA (70–90 ksi) | État recuit |
| Limite d'élasticité (σ₀,₂) | 150–275 MPA (22–40 KSI) | 0.2% compenser |
| Élongation (A₅₀) | 30–50 % | Mesuré sur 50 longueur de jauge mm |
| Réduction de la zone (RA) | 55–65 % | Indique la ductilité et la ténacité |
| Dureté (HRB) | 70–100 | Échelle Rockwell B, état recuit |
| Résistance au cisaillement | ~ 310 MPA | Valeur typique pour un produit forgé |
| Module d'élasticité (E) | 200 GPA | Comparable aux aciers de construction |
| Le rapport de Poisson | 0.31 | Norme pour les alliages de nickel |
Caractéristiques mécaniques clés:
- Ductilité: Nickel 201 peut subir une déformation plastique importante avant la rupture, ce qui le rend approprié pour former, flexion, et opérations d'emboutissage.
- Dureté: Maintient une excellente ténacité à la rupture sur une large plage de températures, des conditions cryogéniques à environ 600 ° C.
- Travail en durcissant: Peut être renforcé par travail à froid, offrant une flexibilité dans la conception des composants mécaniques.
- Résistance à la fatigue: Une ductilité élevée et de faibles niveaux d'impuretés contribuent à de bonnes performances en fatigue dans les environnements de chargement cyclique.
6. Résistance à la corrosion & Performance de température
Nickel 201 (NOUS N02201) est très apprécié pour son résistance à la corrosion exceptionnelle et stabilité thermique, en particulier dans les environnements contenant des produits chimiques neutres et réducteurs.
Sa performance est supérieure à celle de nombreux métaux commerciaux en raison de sa haute pureté du nickel (≥ 99.5%) et contenu à faible teneur en carbone (< 0.02%), qui empêchent la sensibilisation et la précipitation des carbures à des températures élevées.
Résistance à la corrosion
Nickel 201 démontre une résistance à une large gamme d’agents corrosifs, ce qui en fait un matériau de choix pour traitement chimique, marin, et applications de haute pureté.
| Environnement | Comportement de corrosion | Commentaires |
| Alcalis caustiques (Naoh, KOH) | Excellent | Corrosion minimale même à des températures d'ébullition; utilisé pour les évaporateurs caustiques et les échangeurs de chaleur. |
| Neutre & Réduire les sels | Excellent | Stable dans le chlorure neutre, sulfate, et environnements nitrates. |
| Acides (Chlorhydrique, Sulfurique) | Modéré à bon | Résistant en concentrations diluées; la corrosion augmente avec l'acidité et la température plus élevées. |
| Environnements oxydants (Acide nitrique, Halogènes) | Pauvre | Ne convient pas aux acides oxydants forts ou aux gaz halogènes; Nickel 200/201 sont enclins à attaquer. |
| Eau de mer & Saumure | Bien | Fonctionne bien dans des conditions de stagnation et d'écoulement, mais pas aussi bien que les alliages cuivre-nickel dans l'eau de mer à grande vitesse. |
| Composés organiques (Acétique, Acides formiques) | Excellent | Stable sous la plupart des expositions aux acides organiques, ce qui le rend idéal pour les équipements de traitement dans l'industrie chimique. |
Mécanisme de résistance:
La résistance à la corrosion du Nickel 201 provient de la formation d’un mince, film d'oxyde adhérent à sa surface, qui passive le métal et inhibe toute attaque ultérieure.
Sa faible teneur en carbone empêche corrosion intergranulaire, assurer la longévité dans les environnements de cyclage thermique ou de soudage.
Performance de température
Nickel 201 conserve son intégrité mécanique et sa stabilité chimique sur un large spectre de températures, depuis cryogénique à haute température modérée conditions.
| Plage de température | Comportement | Applications typiques |
| −200 °C à 0 ° C | Résistance et ductilité exceptionnelles | Récipients de stockage cryogénique, systèmes de manutention de gaz liquide |
| Ambiante à 300 ° C | Maintient la solidité et la résistance à la corrosion | Équipement de transformation chimique et alimentaire |
| 300 ° C à 600 ° C | Stable contre la graphitisation (contrairement au Nickel 200) | Échangeurs de chaleur, composants de la fournaise |
| > 600 ° C | Réduction progressive de la force; le risque d'oxydation augmente | Utilisation limitée, revêtements de protection recommandés |
Avantage clé par rapport au nickel 200:
Le niveau de carbone inférieur du Nickel 201 (< 0.02%) améliore considérablement son résistance à la graphitisation, permettant un fonctionnement sûr jusqu'à 600 ° C sans fragilisation, alors que le Nickel 200 est généralement limité à 315 ° C.
7. Fabrication, Formation, et traitement thermique
Nickel 201 (NOUS N02201) est très apprécié dans l'industrie de la fabrication pour son excellente formabilité, soudabilité, et stabilité thermique.
Sa faible teneur en carbone (< 0.02 %) le rend moins sensible à la précipitation de carbure pendant le chauffage, ce qui renforce son maniabilité et résistance à la corrosion intergranulaire pendant le formage et le soudage.
Fabrication et machinabilité
Nickel 201 peut être facilement fabriqué en utilisant des méthodes conventionnelles utilisé pour les aciers inoxydables austénitiques et autres alliages à haute teneur en nickel.
| Processus de fabrication | Caractéristiques | Meilleures pratiques |
| Usinage | Produit des surfaces propres avec une usure modérée des outils; légèrement plus dur que le cuivre mais plus doux que la plupart des aciers. | Utiliser acier à grande vitesse (HSS) ou Outils à pointe de carbure, Basses vitesses de coupe (15–25m/I), et une lubrification généreuse. |
| Formation | Excellente ductilité dans des conditions chaudes et froides; risque minime de fissuration. | Effectuer travail au froid à température ambiante pour un formage de précision. Pour le formage lourd, utiliser travail à chaud entre 870 et 1 230 °C. |
| Tonte / Perforation | Facile à couper et à perforer grâce à sa dureté modérée (~70-85HRB). | Utilisez des outils tranchants et un dégagement adéquat pour éviter les déchirures des bords.. |
| Forgeage | Structure de grain uniforme maintenue pendant le travail à chaud. | Chauffer progressivement jusqu'à 1150–1230 °C, finir de forger ci-dessus 870 ° C, suivi d'un refroidissement rapide. |
Indice de machinabilité:
L'usinabilité du Nickel 201 est évaluée à 20–25 % en acier de décolletage (AISI 1212), reflétant le besoin d'outils tranchants, vitesses contrôlées, et un refroidissement constant pour éviter l'écrouissage.
Caractéristiques de formage
Nickel 201 haute ductilité et résistance modérée le rend idéal pour l'emboutissage profond, filage, et opérations de pliage.
- Cold Forming: L'alliage présente un retour élastique et un écrouissage minimes; le recuit post-formage restaure la ductilité.
- Formage chaud: Efficace entre 870–1230 °C. Les travaux ne doivent pas être effectués en dessous 870 °C pour éviter les fissures en surface.
- Exigence de recuit: Après forte déformation ou réduction à froid (> 15 %), un recuit est recommandé pour soulager les contraintes internes.
Applications de formage typiques:
- Tubes d'échangeur de chaleur
- Plateaux d'évaporateur caustique
- Récipients de traitement chimique
Soudage
Nickel 201 expositions Excellente soudabilité en utilisant la plupart des procédés conventionnels:
- Méthodes préférées: GTAW (Tig), Gawn (MOI), Sombrer, et soudage par résistance.
- Métaux de remplissage: Communément Nickel 201 (ERNi-1) ou Nickel 200 des tiges de remplissage sont utilisées.
- Précautions:
-
- Le préchauffage est pas requis.
- Le traitement thermique après soudage est facultatif sauf si nécessaire pour le contrôle dimensionnel.
- Évitez l’apport de chaleur excessif pour empêcher la croissance et l’oxydation des grains.
Performances de soudure typiques:
La résistance à la traction des joints soudés reste à ≥ 90 % du métal de base, et la résistance à la corrosion n'est en grande partie pas affectée si un blindage approprié est maintenu.
Traitement thermique
Traitement thermique du Nickel 201 est principalement utilisé pour restaurer la ductilité, soulager le stress interne, et affiner la structure du grain après fabrication.
| Type de traitement thermique | Plage de température | Méthode de refroidissement | But |
| Recuit | 650–900 ° C | Refroidissement par air ou par eau | Soulage la tension due au travail à froid, restaure la ductilité |
| Stress soulageant | 480–650 ° C | Refroidissement par air | Réduit les contraintes résiduelles après usinage ou soudage |
| Recuit de solution | 760–870 ° C | Extinction rapide | Assure une microstructure uniforme et une résistance à la corrosion |
Prudence:
Évitez l'exposition prolongée ci-dessus 600 ° C dans des atmosphères impures pour éviter l’oxydation et la contamination des surfaces.
8. Avantages & Limites du nickel 201 Alliage nickel
Nickel 201 (NOUS N02201) est un nickel forgé commercialement pur conçu pour offrir des performances supérieures dans des environnements chimiquement agressifs et à haute température.
Avantages du nickel 201
Le mélange unique de pureté chimique du Nickel 201, ductilité, et sa stabilité métallurgique en font l'un des matériaux les plus fiables pour une utilisation industrielle exigeante.
| Catégorie | Avantage | Explication technique / Avantage |
| Résistance à la corrosion | Excellente résistance aux alcalis caustiques, sels neutres, et gaz secs. | Particulièrement résistant à l'hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium, et ammoniac anhydre - la formation d'un film d'oxyde de nickel assure une passivation durable. |
| Stabilité thermique | Conserve les propriétés mécaniques jusqu'à ~600 °C. | Contrairement au nickel 200, qui subit une graphitisation dessus 315 ° C, Carbone réduit du Nickel 201 (< 0.02 %) empêche la précipitation des carbures et la fragilisation intergranulaire. |
| Fabrication et formabilité | Un froid exceptionnel- et caractéristiques de travail à chaud. | Peut être facilement dessiné, filé, formé en profondeur, ou forgé sans se fissurer; écrouissage minimal par rapport aux aciers inoxydables. |
| Soudabilité | Excellente soudabilité à l'arc gazeux au tungstène (GTAW), arc métallique à gaz (Gawn), et méthodes de résistance. | Les joints soudés conservent jusqu'à 90-95 % de résistance des métaux communs et de résistance à la corrosion lorsqu'un matériau de remplissage approprié (ERNi-1) est utilisé. |
Électrique & Conductivité thermique |
Haute conductivité électrique (~ 22 % IACS) et conductivité thermique (~61 W/m·K). | Idéal pour les composants électriques, éléments chauffants, et équipements chimiques conducteurs. |
| Propriétés magnétiques | Non magnétique en état recuit. | Convient aux environnements magnétiques et d'instrumentation sensibles. |
| Pureté et propreté | > 99.6 % La teneur en Ni garantit une contamination minimale dans les processus de haute pureté. | Utilisé dans les semi-conducteurs, nourriture, et industries pharmaceutiques où la contamination métallique doit être évitée. |
| Résistance aux environnements réducteurs | Stable dans les atmosphères d'hydrogène et de CO₂. | Maintient la ductilité et l’intégrité mécanique même pendant l’exposition aux gaz réducteurs. |
Limites du nickel 201
Malgré ses excellentes caractéristiques, Nickel 201 est pas un alliage universel. Son utilisation est limitée par des facteurs mécaniques et environnementaux qui doivent être soigneusement évalués lors de la sélection des matériaux..
| Catégorie | Limitation | Explication / Atténuation |
| Résistance mécanique | Limite d'élasticité relativement faible (~60-90 MPa à température ambiante). | Ne convient pas aux applications structurelles lourdes; souvent renforcé par des supports ou un bardage externes. |
| Résistance à l'oxydation | Résistance modérée dans l'air au-dessus 600 ° C. | Une exposition prolongée à des températures élevées provoque une oxydation et un tartre de la surface; revêtements de protection recommandés. |
| Coût | Coût plus élevé que l’acier au carbone ou l’acier inoxydable. | Justifié uniquement dans les environnements hautement corrosifs ou critiques en matière de pureté. |
Soufre & Sensibilité aux halogénures |
Sensible aux attaques dans les environnements soufrés ou halogènes (Par exemple, Cl₂, HCL, So₂). | Eviter toute utilisation dans des atmosphères chlorées ou soufrées; sélectionnez Alliage de nickel 600 ou Alliage 625 plutôt. |
| Travail en durcissant | Durcit lors du formage à froid. | Nécessite un recuit intermédiaire pour une déformation importante. |
| Résistance limitée aux hautes températures | Perd rapidement sa résistance à la traction au-dessus 650 ° C. | Utiliser des superalliages à base de nickel (Par exemple, Décevoir 600, Hastelloy C-22) pour les applications à haute contrainte ou à température élevée. |
9. Applications de la norme ASTM B162 N02201
Nickel 201 est largement utilisé dans les industries qui exigent une résistance à la corrosion et une formabilité:
- Traitement chimique: évaporateurs de soude caustique, réservoirs alcalins
- Marin applications: équipement d'eau de mer, composants offshore
- Échangeurs de chaleur & condenseurs
- Aérospatial: composants filants et étirés
- Vaisseaux de pression & chaudières exigeant une faible émission de carbone, Matériaux résistants à la corrosion
10. Comparaison avec des alliages de nickel similaires
Nickel 201 (NOUS N02201) fait partie d'une famille de alliages de nickel commercialement purs cela comprend également Nickel 200 (UNS N02200) et plusieurs alliages à base de nickel tel que Alliage 400 (Monel 400), Alliage 600 (Décevoir 600), et Alliage 625 (Décevoir 625).
Tableau comparatif – Nickel 201 contre. Autres alliages de nickel
| Propriété / Fonctionnalité | Nickel 200 (UNS N02200) | Nickel 201 (NOUS N02201) | Monel 400 (US N04400) | Décevoir 600 (US N06600) | Décevoir 625 (US N06625) |
| Composition nominale (WT%) | Est ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Est ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | Dans ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | Dans ~ 72, Cr ~ 15.5, Fe ~ 8 | Dans ~ 61, Cr ~ 21.5, Mo ~ 9, NB + Elle ~ 3.6 |
| Gamme de fusion (° C) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Température de service maximale (° C) | Jusqu'à 315 ° C | Jusqu'à 600 ° C | Jusqu'à 550 ° C | Jusqu'à 1100 ° C | Jusqu'à 982 ° C (résistant au fluage) |
| Densité (g / cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Résistance à la traction (MPA, recuit) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Limite d'élasticité (MPA, 0.2% compenser) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Élongation (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Résistance à la corrosion | Excellent dans les alcalis; modéré en acides | Excellent dans les alcalis; amélioré à T élevé | Excellent en eau de mer, acide fluorhydrique | Excellent en oxydant & réduction des médias | Exceptionnel en oxydant, réduire, et environnements chlorés |
| Soudabilité / Formabilité | Excellent | Excellent | Bien | Bien | Modéré (travail en durcissant) |
| Cas d'utilisation principaux | Systèmes caustiques à basse température, transformation des aliments | Service caustique à haute température, systèmes de pureté chimique | Marin, arbres de pompe, Service acide HF | Échangeurs de chaleur, tubes de four, réacteurs nucléaires | Aérospatial, processus chimique, tuyauterie d'eau de mer |
11. Conclusion
Nickel 201 (NOUS N02201) selon ASTM B162 est un produit de haute pureté, alliage de nickel à faible teneur en carbone offrant une excellente résistance à la corrosion, stabilité thermique, et la formabilité.
Il est particulièrement adapté aux produits chimiques, marin, aérospatial, et applications à haute température où une faible teneur en carbone est essentielle pour éviter la fragilisation intergranulaire.
Même si la résistance mécanique est modérée, sa durabilité, fiabilité, et sa polyvalence de fabrication en font un matériau privilégié dans les environnements industriels exigeants.
FAQ
Quelle est la différence entre ASTM B162 N02201 et N02200?
La principale différence est la teneur en carbone: N02201 a un carbone maximum de 0.02% (contre. 0.15% pour N02201? Non, c'est exact: N02200 a 0.15% maximum C).
Le faible C du N02201 améliore la soudabilité et la résistance à la corrosion intergranulaire, ce qui le rend meilleur pour les joints soudés et la cryogénie. N02200 est moins coûteux pour les applications non soudées.
Quelle est la température de service maximale pour le N02201?
N02201 peut fonctionner en continu jusqu'à 600°C (1112° F) tout en conservant >40% élongation. Au-dessus de 600 ° C, la résistance à la traction diminue rapidement, limiter l’utilisation à une exposition intermittente.
Le N02201 est-il soudable?
Oui : le N02201 est facilement soudable via GTAW (Tig) et gmaw (MOI) utilisant des métaux d'apport N02201 (ERNi-1/ENi-1).
Le traitement thermique après soudage n'est pas requis pour la plupart des applications en raison de la faible teneur en carbone.
Comment le N02201 se comporte-t-il dans l’eau de mer?
N02201 présente une excellente résistance à la corrosion par l'eau de mer, avec un taux de corrosion <0.02 mm/an – supérieur à 304 acier inoxydable (0.1 mm / an). Il est idéal pour les systèmes de refroidissement marins.
Quelles certifications détient le N02201 pour le contact alimentaire?
N02201 est conforme à la FDA 21 Partie CFR 177.2600 (contact alimentaire) et la réglementation européenne (CE) Non.
1935/2004, le rendant sans danger pour les équipements de transformation alimentaire et pharmaceutique.
Le N02201 peut-il être utilisé dans des applications cryogéniques?
Oui : N02201 conserve une ductilité élevée (élongation >40%) à des températures aussi basses que -253°C (point d'ébullition de l'hydrogène liquide), ce qui le rend adapté aux réservoirs de carburant cryogéniques et aux systèmes supraconducteurs.
