1. Uvod
Nikla 201 (US N02201) je komercijalno čista legura nikla koja je nadaleko poznata po svojoj iznimnoj otpornosti na koroziju, izvrsna toplinska stabilnost, i izvanrednu sposobnost oblikovanja.
Navedeno pod ASTM B162 za ploču, list, I pruga, Nikla 201 je u biti niskougljična varijanta nikla 200.
Smanjenje udjela ugljika značajno povećava njegovu otpornost na intergranularnu krtost i održava mehanički integritet na povišenim temperaturama.
Njegova kombinacija čistoće, duktilnost, i visoka otpornost na koroziju čini ga bitnim materijalom u kemijskoj obradi, morsko okruženje, zrakoplovne aplikacije, i visokotemperaturne industrijske operacije.
2. Što je ASTM B162 N02201 legura nikla?
ASTM B162 N02201, Općenito poznat kao Nikla 201, je komercijalno čista legura nikla standardizirana za ploča, list, i trakasti proizvodi.
To je u biti a niskougljična verzija nikla 200, sa sadržajem ugljika smanjenim na maksimalno 0.02 wt% za povećanje otpornosti na međugranularna korozija i toplinska krtost tijekom rada na visokim temperaturama.
Nikla 201 karakterizira:
- Sadržaj nikla visoke čistoće (≥99 mas.%), osiguravajući izvrsnu otpornost na koroziju u neutralnom položaju, alkalni, i blago oksidirajuća okruženja.
- Sadržaj niskog ugljika, koji sprječava stvaranje karbida nikla na granicama zrna, zadržavanje duktilnosti i žilavosti tijekom dugotrajnog izlaganja toplini.
- Izvrsna oblikovanje, što ga čini pogodnim za duboko izvlačenje, predenje, i složene proizvodne operacije.
- Vrhunska toplinska stabilnost, omogućujući kontinuirani rad na povišenim temperaturama bez značajnog gubitka mehaničkih svojstava.
3. Kemijski sastav nikla 201
Nikla 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.
Kemijski sastav standardiziran je pod ASTM B162 kako bi se osigurala dosljedna svojstva za industrijske primjene.
| Element | Tipičan sadržaj (WT%) | Bilješke |
| Nikla (U) | ≥ 99.0 | Osnovni element, osigurava otpornost na koroziju i duktilnost |
| Ugljik (C) | ≤ 0.02 | Nizak sadržaj ugljika smanjuje stvaranje karbida, sprječavanje interkristalne korozije |
| Željezo (FE) | ≤ 0.40 | Ostatak, mali utjecaj na otpornost na koroziju |
| Bakar (Pokrajina) | ≤ 0.25 | Razina nečistoće, može malo poboljšati otpornost na koroziju u specifičnim okruženjima |
| Mangan (MN) | ≤ 0.10 | Manja nečistoća, minimalan učinak na mehanička svojstva |
| Silicij (I) | ≤ 0.10 | Rezidualni element, minimalno doprinosi otpornosti na oksidaciju |
| Sumpor (S) | ≤ 0.01 | Kontrolirano kako bi se izbjegla krtost i održala rastezljivost |
| Fosfor (P) | ≤ 0.01 | Nizak sadržaj fosfora osigurava dobru žilavost i zavarljivost |
Ključni uvidi:
- Dominacija nikla: Nad 99 % nikla osigurava izvrsnu kemijsku stabilnost u korozivnim medijima.
- Niski ugljik: ≤0,02 wt% ugljika sprječava taloženje karbida nikla na granicama zrna tijekom produljenog rada na visokim temperaturama, što je kritično za otpornost na koroziju stresa.
- Kontrolirane nečistoće: Elementi poput željeza, bakar, a mangan se održavaju na minimalnim razinama kako bi se uravnotežio trošak, otpor korozije, i mehaničke performanse.
4. Fizička svojstva UNS N02201
| Vlasništvo | Vrijednost |
| Gustoća | 8.89 g/cm³ |
| Raspon topljenja | 1435–1446 °C |
| Toplinska vodljivost | 90 W/m · k |
| Električni otpor | 7 μω · cm |
| Magnetska propusnost | Lagano magnetski ispod 354 ° C (Curiejeva točka) |
| Koeficijent toplinskog širenja | 13.3 µm/m · ° C (20–100 ° C) |
5. Mehanička svojstva nikla 201
Nikla 201 (US N02201) izlaže kombinaciju umjerena snaga, Izvrsna duktilnost, i žilavost, što ga čini svestranim materijalom za zahtjevne industrijske primjene.
| Vlasništvo | Tipična vrijednost | Stanje ispitivanja / Bilješke |
| Zatečna čvrstoća (σᵤ) | 480–620 MPa (70–90 ksi) | Žarko stanje |
| Snaga popuštanja (σ₀.₂) | 150–275 MPa (22–40 ksi) | 0.2% nagib |
| Produženje (A₅₀) | 30–50 % | Mjereno na 50 Mm dužina mjerača |
| Smanjenje područja (RA) | 55–65 % | Označava duktilnost i žilavost |
| Tvrdoća (Resurs) | 70–100 | Rockwell B ljestvica, žareno stanje |
| Snaga smicanja | ~ 310 MPa | Tipična vrijednost za kovani proizvod |
| Modul elastičnosti (E) | 200 GPA | Usporedivi s konstrukcijskim čelicima |
| Poissonov omjer | 0.31 | Standard za legure nikla |
Ključne mehaničke karakteristike:
- Duktilnost: Nikla 201 može pretrpjeti značajnu plastičnu deformaciju prije kvara, što ga čini pogodnim za oblikovanje, savijanje, i operacije dubokog izvlačenja.
- Žilavost: Održava izvrsnu otpornost na lom u širokom rasponu temperatura, od kriogenih uvjeta do približno 600 ° C.
- Rad na stvrdnjavanju: Može se ojačati hladnom obradom, pružajući fleksibilnost u dizajnu mehaničkih komponenti.
- Otpornost na umor: Visoka duktilnost i niske razine nečistoća pridonose dobrim performansama zamora u okruženjima cikličkog opterećenja.
6. Otpor korozije & Temperaturna performansi
Nikla 201 (US N02201) je vrlo cijenjen zbog svojih izuzetna otpornost na koroziju i toplinska stabilnost, posebno u sredinama koje sadrže neutralne i reducirajuće kemikalije.
Njegova izvedba je bolja od mnogih komercijalnih metala zbog svoje visoka čistoća nikla (≥ 99.5%) i Sadržaj niskog ugljika (< 0.02%), koji sprječavaju senzibilizaciju i taloženje karbida pri povišenim temperaturama.
Otpor korozije
Nikla 201 pokazuje otpornost na širok raspon korozivnih sredstava, čineći ga materijalom izbora za kemijska obrada, morski, i primjene visoke čistoće.
| Okoliš | Ponašanje korozije | Komentari |
| Kaustične lužine (Naoh, KOH) | Izvrstan | Minimalna korozija čak i na temperaturama vrenja; koristi se za kaustične isparivače i izmjenjivače topline. |
| Neutralan & Smanjenje soli | Izvrstan | Stabilan u neutralnom kloridu, sulfat, i nitratne sredine. |
| Kiseline (klorovodična, Sumporna) | Umjereno do dobro | Otporan u razrijeđenim koncentracijama; korozija se povećava s višom kiselošću i temperaturom. |
| Oksidirajuća okruženja (Dušična kiselina, Halogeni) | Siromašan | Nije prikladno za jake oksidirajuće kiseline ili halogene plinove; Nikla 200/201 skloni su napadima. |
| Morska voda & salamura | Dobro | Dobro radi u stagnacijskim i tekućim uvjetima, ali ne tako dobro kao legure bakra i nikla u morskoj vodi velike brzine. |
| Organski spojevi (Octena, Mravlja kiselina) | Izvrstan | Stabilan pri izlaganju većini organskih kiselina, što ga čini idealnim za procesnu opremu u kemijskoj industriji. |
Mehanizam otpora:
Otpornost nikla 201 na koroziju proizlazi iz stvaranja a tanko, Adherent Oksid film na svojoj površini, koji pasivizira metal i inhibira daljnji napad.
Njegov nizak udio ugljika sprječava međugranularna korozija, osiguravanje dugotrajnosti u toplinskim ciklusima ili okruženjima zavarivanja.
Temperaturna performansi
Nikla 201 zadržava mehanički integritet i kemijsku stabilnost u širokom temperaturnom spektru, iz kriogene do umjereno visoke temperature uvjeti.
| Temperaturni raspon | Ponašanje | Tipične primjene |
| −200 °C do 0 ° C | Izvanredna žilavost i duktilnost | Kriogene posude za skladištenje, sustavi za rukovanje tekućim plinom |
| Ambijentalno do 300 ° C | Održava čvrstoću i otpornost na koroziju | Oprema za kemijsku i preradu hrane |
| 300 ° C do 600 ° C | Otporan na grafitizaciju (za razliku od nikla 200) | Izmjenjivači topline, komponente peći |
| > 600 ° C | Postupno smanjenje snage; rizik od oksidacije se povećava | Ograničena upotreba, preporučuju se zaštitni premazi |
Ključna prednost u odnosu na nikal 200:
Niža razina ugljika nikla 201 (< 0.02%) značajno poboljšava svoje otpornost na grafitizaciju, omogućujući siguran rad do 600 ° C bez krtosti — dok nikal 200 je obično ograničen na 315 ° C.
7. Izrada, Formiranje, i toplinska obrada
Nikla 201 (US N02201) je visoko cijenjen u industriji proizvodnje zbog svojih Izvrsna oblikovanje, zavarivost, i toplinska stabilnost.
Njegov nizak udio ugljika (< 0.02 %) čini ga manje osjetljivim na taloženje karbida tijekom zagrijavanja, koji pospješuje njegovu obradivost i otpornost na interkristalnu koroziju tijekom oblikovanja i zavarivanja.
Izrada i obradivost
Nikla 201 može biti lako se izrađuju konvencionalnim metodama koristi se za austenitne nehrđajuće čelike i druge legure s visokim udjelom nikla.
| Proces izrade | Karakteristike | Najbolje prakse |
| Obrada | Proizvodi čiste površine s umjerenim trošenjem alata; nešto tvrđi od bakra, ali mekši od većine čelika. | Koristiti čelik velike brzine (HSS) ili alati s vrhom karbida, niske brzine rezanja (15–25 m/I), i izdašno podmazivanje. |
| Formiranje | Izvrsna rastezljivost u toplim i hladnim uvjetima; minimalan rizik od pucanja. | Izvoditi hladno radeći na sobnoj temperaturi za precizno oblikovanje. Za teško oblikovanje, koristiti topli rad između 870–1230 °C. |
| Šišanje / Udaranje | Lako se reže i buši zahvaljujući umjerenoj tvrdoći (~70-85HRB). | Koristite oštre alate i odgovarajući razmak kako biste spriječili kidanje rubova. |
| Kovanje | Ujednačena zrnasta struktura održava se tijekom vruće obrade. | Postupno zagrijavajte do 1150–1230 °C, završiti kovanje iznad 870 ° C, nakon čega slijedi brzo hlađenje. |
Indeks strojeva:
Obradivost nikla 201 ocijenjena je na 20–25 % čelika za slobodno rezanje (Aisi 1212), odražavajući potrebu za oštrim alatima, kontrolirane brzine, i dosljedno hlađenje kako bi se izbjeglo otvrdnjavanje pri radu.
Karakteristike oblikovanja
Nikal 201 visoka duktilnost i umjerena čvrstoća čine ga idealnim za duboko izvlačenje, predenje, i operacije savijanja.
- Hladno formiranje: Legura pokazuje minimalno otpornost na oprugu i deformaciju; naknadno žarenje vraća duktilnost.
- Vruće formiranje: Na snazi između 870–1230 °C. Ispod se ne smije raditi 870 °C kako bi se spriječilo pucanje površine.
- Zahtjev za žarenje: Nakon teške deformacije ili hladne redukcije (> 15 %), preporuča se žarenje za ublažavanje unutarnjeg naprezanja.
Tipične primjene oblikovanja:
- Cijevi izmjenjivača topline
- Posude za kaustično isparivanje
- Posude za kemijske procese
Zavarivanje
Nikla 201 eksponati Izvrsna zavarivost koristeći većinu konvencionalnih procesa:
- Preferirane metode: GTAW (TIG), Odgajan (MI), Slabost, i otporno zavarivanje.
- Metali za punjenje: Obično Nikla 201 (ERNi-1) ili Nikla 200 koriste se šipke za punjenje.
- Mjere predostrožnosti:
-
- Predgrijavanje je nije potreban.
- Toplinska obrada nakon zavarivanja je neobavezan osim ako je potrebno za kontrolu dimenzija.
- Izbjegavajte prekomjerni unos topline kako biste spriječili rast zrna i oksidaciju.
Tipična izvedba zavara:
Vlačna čvrstoća zavarenih spojeva ostaje na ≥ 90 % od običnog metala, a otpornost na koroziju je uglavnom nepromijenjena ako se održava odgovarajuća zaštita.
Toplotna obrada
Toplinska obrada nikla 201 prvenstveno se koristi za vratiti duktilnost, osloboditi unutarnjeg stresa, i pročistiti strukturu zrna nakon izrade.
| Vrsta toplinske obrade | Temperaturni raspon | Metoda hlađenja | Svrha |
| Žalost | 650–900 ° C | Zračno ili vodeno hlađenje | Ublažava napor od hladnog rada, vraća duktilnost |
| Ublažavanje stresa | 480–650 ° C | Hlađenje zrakom | Smanjuje zaostalo naprezanje nakon strojne obrade ili zavarivanja |
| Otopina | 760–870 ° C | Brzo gašenje | Osigurava jednoliku mikrostrukturu i otpornost na koroziju |
Oprez:
Izbjegavajte gore navedeno produljeno izlaganje 600 ° C u nečistoj atmosferi kako bi se spriječila površinska oksidacija i kontaminacija.
8. Prednosti & Ograničenja nikla 201 Legura nikla
Nikla 201 (US N02201) je a komercijalno čisti kovani nikal dizajniran za vrhunsku izvedbu u kemijski agresivnim i visokotemperaturnim okruženjima.
Prednosti nikla 201
Nickel 201 jedinstvena mješavina kemijske čistoće, duktilnost, i metalurška stabilnost čine ga jednim od najpouzdanijih materijala za zahtjevnu industrijsku uporabu.
| Kategorija | Prednost | Tehničko objašnjenje / Korist |
| Otpor korozije | Izvrsna otpornost na kaustične lužine, neutralne soli, i suhih plinova. | Posebno otporan na natrijev hidroksid, kalijev hidroksid, i bezvodni amonijak—stvaranje filma nikal oksida osigurava dugotrajnu pasivizaciju. |
| Toplinska stabilnost | Zadržava mehanička svojstva do ~600 °C. | Za razliku od nikla 200, koja trpi grafitizaciju iznad 315 ° C, Smanjeni ugljik nikla 201 (< 0.02 %) sprječava taloženje karbida i intergranularnu krtost. |
| Izrada i mogućnost oblikovanja | Izvanredna hladnoća- i karakteristike rada u vrućem stanju. | Može se lako nacrtati, vrtio se, duboko oblikovan, ili kovani bez pucanja; minimalno otvrdnjavanje u usporedbi s nehrđajućim čelicima. |
| Zavarivost | Izvrsna zavarljivost plinskim volframovim lukom (GTAW), plinski metalni luk (Odgajan), i metode otpora. | Zavareni spojevi zadržavaju do 90–95 % čvrstoće osnovnog metala i otpornosti na koroziju kada se koristi odgovarajuće punilo (ERNi-1) koristi se. |
Električni & Toplinska vodljivost |
Visoka električna vodljivost (~ 22 % IACS) i toplinska vodljivost (~61 W/m·K). | Idealno za električne komponente, grijaći elementi, i vodljiva kemijska oprema. |
| Magnetska svojstva | Ne-magnetski u žalosnom stanju. | Prikladno za osjetljiva magnetska i instrumentalna okruženja. |
| Čistoća i čistoća | > 99.6 % Sadržaj Ni osigurava minimalnu kontaminaciju u procesima visoke čistoće. | Koristi se u poluvodiču, hrana, i farmaceutskoj industriji gdje se mora izbjegavati kontaminacija metalima. |
| Otpornost na reducirajuća okruženja | Stabilan u atmosferi vodika i CO₂. | Održava duktilnost i mehaničku cjelovitost čak i tijekom izlaganja redukcijskim plinovima. |
Ograničenja nikla 201
Unatoč izvrsnim karakteristikama, Nikla 201 je nije univerzalna legura. Njegova je uporaba ograničena mehaničkim i okolišnim čimbenicima koji se moraju pažljivo procijeniti tijekom odabira materijala.
| Kategorija | Ograničenje | Obrazloženje / Smanjenje |
| Mehanička čvrstoća | Relativno niska granica razvlačenja (~60–90 MPa na sobnoj temperaturi). | Nije prikladno za teške konstrukcijske primjene; često ojačana vanjskim nosačima ili oblogama. |
| Otpornost na oksidaciju | Umjereni otpor u zraku iznad 600 ° C. | Dugotrajno izlaganje visokim temperaturama uzrokuje površinsku oksidaciju i stvaranje kamenca; preporučuju se zaštitni premazi. |
| Koštati | Viši trošak od ugljičnog čelika ili nehrđajućeg čelika. | Opravdano samo u visoko korozivnim okruženjima ili okruženjima kritičnim za čistoću. |
Sumpor & Osjetljivost na halide |
Osjetljivo na napade u sredinama koje sadrže sumpor ili halogenima (Npr., Cl₂, HCl, Tako). | Izbjegavajte korištenje u kloriranim atmosferama ili atmosferama koje sadrže sumpor; odaberite Legura nikla 600 ili Legura 625 umjesto toga. |
| Rad na stvrdnjavanju | Stvrdnjava se tijekom hladnog oblikovanja. | Za velike deformacije potrebno je srednje žarenje. |
| Ograničena otpornost na visoke temperature | Brzo gubi vlačnu čvrstoću iznad 650 ° C. | Koristite superlegure na bazi nikla (Npr., Udruživanje 600, Hastelloy C-22) za primjenu pod velikim stresom ili povišenom temperaturom. |
9. Primjene ASTM B162 N02201
Nikla 201 naširoko se koristi u industrijama koje zahtijevaju otpornost na koroziju i mogućnost oblikovanja:
- Kemijska obrada: isparivači kaustične sode, alkalni spremnici
- Morski prijava: oprema za morsku vodu, offshore komponente
- Izmjenjivači topline & kondenzatori
- Aerospace: predenje i vučene komponente
- Plovila za pritisak & kotlov koji zahtijeva nisku razinu ugljika, materijali otporni na koroziju
10. Usporedba sa sličnim legurama nikla
Nikla 201 (US N02201) je dio obitelji od komercijalno čiste legure nikla to također uključuje Nikla 200 (UNS N02200) i nekoliko legure na bazi nikla takav Legura 400 (Monel 400), Legura 600 (Udruživanje 600), i Legura 625 (Udruživanje 625).
Usporedna tablica – Nikal 201 vs. Ostale legure nikla
| Vlasništvo / Značajka | Nikla 200 (UNS N02200) | Nikla 201 (US N02201) | Monel 400 (SAD N04400) | Udruživanje 600 (SAD N06600) | Udruživanje 625 (SAD 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 |
| Maksimalna servisna temp (° C) | Do 315 ° C | Do 600 ° C | Do 550 ° C | Do 1100 ° C | Do 982 ° C (otporan na puzanje) |
| Gustoća (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Zatečna čvrstoća (MPA, žarkin) | ~ ~ 370 | ~ ~ 380 | ~ ~ 550 | ~ ~ 655 | ~ ~ 827 |
| Snaga popuštanja (MPA, 0.2% nagib) | ~ ~ 105 | ~ ~ 100 | ~ ~ 240 | ~ ~ 240 | ~ ~ 414 |
| Produženje (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Otpor korozije | Izvrstan u alkalijama; umjereno u kiselinama | Izvrstan u alkalijama; poboljšana na visokoj T | Izvrstan u morskoj vodi, fluorovodična kiselina | Izvrstan u oksidaciji & smanjenje medija | Izvanredan u oksidaciji, smanjivanje, i kloridne sredine |
| Zavarivost / Oblikovanje | Izvrstan | Izvrstan | Dobro | Dobro | Umjeren (rad na stvrdnjavanju) |
| Slučajevi primarne upotrebe | Niskotemperaturni kaustični sustavi, prerada hrane | Kaustična služba na visokim temperaturama, sustavi kemijske čistoće | Morski, osovine pumpe, Servis HF kiseline | Izmjenjivači topline, pećne cijevi, nuklearni reaktori | Aerospace, kemijski proces, cijevi morske vode |
11. Zaključak
Nikla 201 (US N02201) prema ASTM B162 je visoke čistoće, niskougljična legura nikla koja nudi izvrsnu otpornost na koroziju, toplinska stabilnost, i formabilnost.
Posebno je prikladan za kemijske, morski, zrakoplovstvo, i primjene na visokim temperaturama gdje je nizak ugljik kritičan za sprječavanje međuzrnaste krtosti.
Dok je mehanička čvrstoća umjerena, njegovu trajnost, pouzdanost, i svestranost izrade čine ga preferiranim materijalom u zahtjevnim industrijskim okruženjima.
Česta pitanja
Koja je razlika između ASTM B162 N02201 i N02200?
Glavna razlika je sadržaj ugljika: N02201 ima najveći ugljik od 0.02% (vs. 0.15% za N02201? Ne — točno: N02200 ima 0.15% max C).
Nizak C N02201 poboljšava zavarljivost i otpornost na interkristalnu koroziju, što ga čini boljim za zavarene spojeve i kriogeniku. N02200 je niža cijena za nezavarene primjene.
Koja je maksimalna radna temperatura za N02201?
N02201 može kontinuirano raditi na do 600°C (1112° F) dok zadržava >40% produženje. Iznad 600 ° C, vlačna čvrstoća brzo opada, ograničavanje uporabe na povremenu izloženost.
Je li N02201 zavarljiv?
Da—N02201 je lako zavarljiv putem GTAW (TIG) i GMAW (MI) koristeći N02201 dodatni metal (ERNi-1/ENi-1).
Toplinska obrada nakon zavarivanja nije potrebna za većinu primjena zbog niskog sadržaja ugljika.
Kako se N02201 ponaša u morskoj vodi?
N02201 pokazuje izvrsnu otpornost na koroziju morske vode, sa stopom korozije <0.02 mm/godina—nadmašuje 304 nehrđajući čelik (0.1 mm/godina). Idealan je za sustave hlađenja brodova.
Koje certifikate ima N02201 za kontakt s hranom?
N02201 u skladu je s FDA 21 CFR dio 177.2600 (kontakt s hranom) i Uredba EU (EC) Ne.
1935/2004, što ga čini sigurnim za opremu za preradu hrane i lijekova.
Može li se N02201 koristiti u kriogenim aplikacijama?
Da—N02201 zadržava visoku duktilnost (produženje >40%) na temperaturama niskim do -253°C (tekući vodik vrelište), što ga čini prikladnim za kriogene spremnike goriva i supravodljive sustave.
