1. Perkenalan
Nikel 201 (AS N02201) adalah paduan nikel murni komersial yang dikenal luas karena ketahanan korosinya yang luar biasa, stabilitas termal yang sangat baik, dan sifat mampu bentuk yang luar biasa.
Ditentukan di bawah ASTM B162 untuk piring, lembaran, dan strip, Nikel 201 pada dasarnya adalah varian Nikel yang rendah karbon 200.
Pengurangan kandungan karbon secara signifikan meningkatkan ketahanannya terhadap penggetasan antar butir dan menjaga integritas mekanis pada suhu tinggi.
Kombinasi kemurniannya, keuletan, dan ketahanan terhadap korosi yang tinggi menjadikannya bahan penting dalam pemrosesan kimia, lingkungan laut, Aplikasi Aerospace, dan operasi industri suhu tinggi.
2. Apa itu Paduan Nikel ASTM B162 N02201?
ASTM B162 N02201, umumnya dikenal sebagai Nikel 201, adalah paduan nikel murni komersial yang distandarisasi piring, lembaran, dan mengupas produk.
Ini pada dasarnya adalah a Nikel versi rendah karbon 200, dengan kandungan karbon dikurangi hingga maksimum 0.02 wt% untuk meningkatkan resistensi terhadap Korosi intergranular Dan penggetasan termal selama layanan suhu tinggi.
Nikel 201 ditandai dengan:
- Kandungan nikel dengan kemurnian tinggi (≥99% berat), memastikan ketahanan korosi yang sangat baik di netral, alkali, dan lingkungan yang sedikit teroksidasi.
- Kandungan karbon rendah, yang mencegah pembentukan nikel karbida pada batas butir, menjaga keuletan dan ketangguhan selama paparan panas yang berkepanjangan.
- Kemampuan bentuk yang sangat baik, membuatnya cocok untuk menggambar dalam, pemintalan, dan operasi fabrikasi yang rumit.
- Stabilitas termal yang unggul, memungkinkan pengoperasian terus menerus pada suhu tinggi tanpa kehilangan sifat mekanik yang signifikan.
3. Komposisi Kimia Nikel 201
Nikel 201 (AS N02201) adalah a paduan nikel murni komersial dengan kotoran yang dikontrol dengan cermat dan kandungan karbon rendah untuk meningkatkan kinerja suhu tinggi dan ketahanan terhadap korosi.
Komposisi kimianya distandarisasi berdasarkan ASTM B162 untuk memastikan sifat yang konsisten untuk aplikasi industri.
| Elemen | Konten khas (wt%) | Catatan |
| Nikel (Di dalam) | ≥ 99.0 | Elemen dasar, memastikan ketahanan terhadap korosi dan keuletan |
| Karbon (C) | ≤ 0.02 | Kandungan karbon rendah mengurangi pembentukan karbida, mencegah korosi intergranular |
| Besi (Fe) | ≤ 0.40 | Sisa, pengaruh kecil terhadap ketahanan korosi |
| Tembaga (Cu) | ≤ 0.25 | Tingkat pengotor, dapat sedikit meningkatkan ketahanan korosi di lingkungan tertentu |
| Mangan (M N) | ≤ 0.10 | Pengotor kecil, efek minimal pada sifat mekanik |
| Silikon (Dan) | ≤ 0.10 | Elemen residual, memberikan kontribusi minimal terhadap ketahanan oksidasi |
| Sulfur (S) | ≤ 0.01 | Dikendalikan untuk menghindari penggetasan dan menjaga keuletan |
| Fosfor (P) | ≤ 0.01 | Fosfor rendah memastikan ketangguhan dan kemampuan las yang baik |
Wawasan utama:
- Dominasi Nikel: Lebih 99 wt% nikel memastikan stabilitas kimia yang sangat baik dalam media korosif.
- Karbon rendah: Karbon ≤0,02% berat mencegah pengendapan nikel karbida pada batas butir selama layanan suhu tinggi yang berkepanjangan, yang penting untuk resistensi korosi stres.
- Kotoran Terkendali: Elemen seperti besi, tembaga, dan mangan dijaga pada tingkat minimal untuk menyeimbangkan biaya, resistensi korosi, dan kinerja mekanis.
4. Sifat Fisik UNS N02201
| Milik | Nilai |
| Kepadatan | 8.89 g/cm³ |
| Rentang leleh | 1435–1446 °C |
| Konduktivitas termal | 90 W/m · k |
| Resistivitas listrik | 7 μΩ · cm |
| Permeabilitas magnetik | Sedikit magnetis di bawah 354 ° C. (Poin Curie) |
| Koefisien ekspansi termal | 13.3 μm/m · ° C. (20–100 ° C.) |
5. Sifat Mekanik Nikel 201
Nikel 201 (AS N02201) menunjukkan kombinasi dari kekuatan sedang, keuletan yang sangat baik, dan ketangguhan, menjadikannya bahan serbaguna untuk aplikasi industri yang menuntut.
| Milik | Nilai khas | Kondisi pengujian / Catatan |
| Kekuatan tarik (σᵤ) | 480–620 MPa (70–90 ksi) | Kondisi anil |
| Kekuatan luluh (σ₀.₂) | 150–275 MPa (22–40 ksi) | 0.2% mengimbangi |
| Pemanjangan (A₅₀) | 30–50 % | Diukur pada 50 Panjang pengukur mm |
| Pengurangan Area (RA) | 55–65 % | Menunjukkan keuletan dan ketangguhan |
| Kekerasan (HRB) | 70–100 | Skala Rockwell B, kondisi anil |
| Kekuatan geser | ~ 310 MPa | Nilai khas untuk produk palsu |
| Modulus elastisitas (E) | 200 IPK | Sebanding dengan baja struktural |
| Rasio Poisson | 0.31 | Standar untuk paduan nikel |
Karakteristik Mekanik Utama:
- Keuletan: Nikel 201 dapat mengalami deformasi plastis yang signifikan sebelum terjadi keruntuhan, sehingga cocok untuk dibentuk, pembengkokan, dan operasi penarikan dalam.
- Kekerasan: Mempertahankan ketangguhan patah yang sangat baik pada rentang suhu yang luas, dari kondisi kriogenik hingga sekitar 600 ° C..
- Bekerja keras: Dapat diperkuat melalui pengerjaan dingin, memberikan fleksibilitas dalam desain untuk komponen mekanis.
- Resistensi kelelahan: Daktilitas yang tinggi dan tingkat pengotor yang rendah berkontribusi terhadap kinerja kelelahan yang baik dalam lingkungan pembebanan siklik.
6. Resistensi korosi & Kinerja suhu
Nikel 201 (AS N02201) sangat dihormati karena itu resistensi korosi yang luar biasa Dan stabilitas termal, terutama di lingkungan yang mengandung bahan kimia netral dan pereduksi.
Kinerjanya lebih unggul daripada banyak logam komersial karena sifatnya kemurnian nikel yang tinggi (≥ 99.5%) Dan kandungan karbon rendah (< 0.02%), yang mencegah sensitisasi dan pengendapan karbida pada suhu tinggi.
Resistensi korosi
Nikel 201 menunjukkan ketahanan terhadap berbagai agen korosif, menjadikannya bahan pilihan Pemrosesan Kimia, laut, dan aplikasi dengan kemurnian tinggi.
| Lingkungan | Perilaku korosi | Komentar |
| Alkali Kaustik (Naoh, KOH) | Bagus sekali | Korosi minimal bahkan pada suhu mendidih; digunakan untuk evaporator kaustik dan penukar panas. |
| Netral & Mengurangi Garam | Bagus sekali | Stabil dalam klorida netral, sulfat, dan lingkungan nitrat. |
| Asam (Hidroklorik, belerang) | Sedang hingga bagus | Tahan dalam konsentrasi encer; korosi meningkat dengan meningkatnya keasaman dan suhu. |
| Lingkungan Pengoksidasi (Asam nitrat, Halogen) | Miskin | Tidak cocok untuk asam pengoksidasi kuat atau gas halogen; Nikel 200/201 rentan terhadap serangan. |
| Air laut & Air garam | Bagus | Berkinerja baik dalam kondisi stagnan dan mengalir tetapi tidak sebaik paduan tembaga-nikel dalam air laut berkecepatan tinggi. |
| Senyawa Organik (asetat, Asam format) | Bagus sekali | Stabil di bawah sebagian besar paparan asam organik, menjadikannya ideal untuk peralatan proses di industri kimia. |
Mekanisme Resistensi:
Ketahanan korosi Nikel 201 berasal dari pembentukan a tipis, Film oksida penganut di permukaannya, yang mempasifkan logam dan menghambat serangan lebih lanjut.
Kandungan karbonnya yang rendah mencegah Korosi intergranular, memastikan umur panjang dalam siklus termal atau lingkungan pengelasan.
Kinerja suhu
Nikel 201 mempertahankan integritas mekanik dan stabilitas kimia di spektrum suhu yang luas, dari suhu tinggi kriogenik hingga sedang kondisi.
| Kisaran suhu | Perilaku | Aplikasi khas |
| −200 °C hingga 0 ° C. | Ketangguhan dan keuletan yang luar biasa | Kapal penyimpanan kriogenik, sistem penanganan gas cair |
| Ambien ke 300 ° C. | Mempertahankan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi | Peralatan pengolahan kimia dan makanan |
| 300 ° C ke 600 ° C. | Stabil terhadap grafitisasi (tidak seperti Nikel 200) | Penukar panas, komponen tungku |
| > 600 ° C. | Pengurangan kekuatan secara bertahap; risiko oksidasi meningkat | Penggunaan terbatas, lapisan pelindung direkomendasikan |
Keunggulan Utama Dibandingkan Nikel 200:
Tingkat karbon Nikel 201 lebih rendah (< 0.02%) secara signifikan meningkatkannya ketahanan terhadap grafitisasi, memungkinkan pengoperasian yang aman hingga 600 ° C. tanpa penggetasan—sedangkan Nikel 200 biasanya terbatas 315 ° C..
7. Pembuatan, Pembentukan, dan Perlakuan Panas
Nikel 201 (AS N02201) sangat dihargai di industri fabrikasi karena itu kemampuan bentuk yang sangat baik, kemampuan las, dan stabilitas termal.
Kandungan karbonnya rendah (< 0.02 %) membuatnya kurang rentan terhadap pengendapan karbida selama pemanasan, yang meningkatkannya kemampuan kerja dan ketahanan terhadap korosi intergranular selama pembentukan dan pengelasan.
Fabrikasi dan kemampuan mesin
Nikel 201 bisa mudah dibuat dengan menggunakan metode konvensional digunakan untuk baja tahan karat austenitik dan paduan nikel tinggi lainnya.
| Proses Fabrikasi | Karakteristik | Praktik terbaik |
| Pemesinan | Menghasilkan permukaan yang bersih dengan keausan alat sedang; sedikit lebih keras dari tembaga tetapi lebih lembut dari kebanyakan baja. | Menggunakan Baja berkecepatan tinggi (HSS) atau Alat berujung karbida, Kecepatan pemotongan rendah (15–25 m/saya), dan pelumasan yang banyak. |
| Pembentukan | Daktilitas yang sangat baik dalam kondisi panas dan dingin; risiko minimal retak. | Melakukan bekerja dingin pada suhu kamar untuk pembentukan presisi. Untuk pembentukan berat, menggunakan pengerjaan panas antara 870–1230 °C. |
| Pencukuran / Meninju | Mudah dipotong dan dilubangi karena kekerasannya sedang (~70-85HRB). | Gunakan alat tajam dan jarak yang cukup untuk mencegah tepi robek. |
| Penempaan | Struktur butir seragam dipertahankan selama pengerjaan panas. | Panaskan secara bertahap hingga 1150–1230 °C, selesaikan penempaan di atas 870 ° C., diikuti dengan pendinginan yang cepat. |
Indeks kemampuan mesin:
Kemampuan mesin Nikel 201 dinilai pada 20–25 % dari baja potong bebas (Aisi 1212), mencerminkan kebutuhan akan alat tajam, kecepatan terkendali, dan pendinginan yang konsisten untuk menghindari pengerasan kerja.
Membentuk Ciri-ciri
Nikel 201's keuletan tinggi dan kekuatan sedang membuatnya ideal untuk menggambar dalam, pemintalan, dan operasi pembengkokan.
- Pembentukan dingin: Paduan tersebut menunjukkan pegas balik dan pengerasan regangan yang minimal; anil pasca pembentukan mengembalikan keuletan.
- Pembentukan panas: Efektif antara 870–1230 °C. Pekerjaan tidak boleh dilakukan di bawah 870 °C untuk mencegah retaknya permukaan.
- Persyaratan Anil: Setelah deformasi berat atau reduksi dingin (> 15 %), anil dianjurkan untuk menghilangkan stres internal.
Aplikasi Pembentuk Khas:
- Tubing penukar panas
- Baki evaporator kaustik
- Bejana proses kimia
Pengelasan
Nikel 201 Pameran kemampuan las yang sangat baik menggunakan sebagian besar proses konvensional:
- Metode yang disukai: GTAW (CEKCOK), Gawn (AKU), SMAW, dan pengelasan resistansi.
- Logam pengisi: Umumnya Nikel 201 (ERNi-1) atau Nikel 200 batang pengisi digunakan.
- Tindakan pencegahan:
-
- Pemanasan awal adalah tidak diperlukan.
- Perlakuan panas pasca pengelasan adalah opsional kecuali diperlukan untuk kontrol dimensi.
- Hindari masukan panas yang berlebihan untuk mencegah pertumbuhan butiran dan oksidasi.
Performa las yang khas:
Kekuatan tarik sambungan las tetap pada ≥ 90 % dari logam dasar, dan ketahanan terhadap korosi sebagian besar tidak terpengaruh jika pelindung yang tepat dipertahankan.
Perlakuan panas
Perlakuan panas Nikel 201 terutama digunakan untuk mengembalikan keuletan, menghilangkan stres internal, dan memperbaiki struktur butir setelah fabrikasi.
| Jenis Perlakuan Panas | Kisaran suhu | Metode pendinginan | Tujuan |
| Anil | 650–900 ° C. | Pendinginan udara atau air | Meredakan ketegangan akibat pekerjaan dingin, mengembalikan keuletan |
| Menghilangkan stres | 480–650 ° C. | Pendinginan udara | Mengurangi tegangan sisa setelah pemesinan atau pengelasan |
| Solusi anil | 760–870 ° C. | Pendinginan cepat | Memastikan struktur mikro yang seragam dan ketahanan terhadap korosi |
Peringatan:
Hindari paparan yang terlalu lama di atas 600 ° C. di atmosfer yang tidak murni untuk mencegah oksidasi dan kontaminasi permukaan.
8. Keuntungan & Keterbatasan Nikel 201 Paduan Nikel
Nikel 201 (AS N02201) adalah a nikel tempa murni komersial dirancang untuk menawarkan kinerja unggul dalam lingkungan yang agresif secara kimia dan bersuhu tinggi.
Keunggulan Nikel 201
Perpaduan unik kemurnian kimia Nikel 201, keuletan, dan stabilitas metalurgi menjadikannya salah satu bahan yang paling andal untuk keperluan industri.
| Kategori | Keuntungan | Penjelasan Teknis / Keuntungan |
| Resistensi korosi | Ketahanan yang sangat baik terhadap alkali kaustik, garam netral, dan gas kering. | Sangat tahan terhadap natrium hidroksida, Kalium hidroksida, dan amonia anhidrat—pembentukan lapisan oksida nikel menghasilkan pasivasi yang tahan lama. |
| Stabilitas termal | Mempertahankan sifat mekanik hingga ~600 °C. | Berbeda dengan Nikel 200, yang mengalami grafitisasi di atas 315 ° C., Nikel 201 mengurangi karbon (< 0.02 %) mencegah pengendapan karbida dan penggetasan intergranular. |
| Fabrikasi dan Kemampuan Bentuk | Dingin yang luar biasa- dan karakteristik kerja panas. | Dapat dengan mudah digambar, pintal, terbentuk dalam, atau ditempa tanpa retak; pengerasan kerja minimal dibandingkan dengan baja tahan karat. |
| Kemampuan las | Kemampuan las yang sangat baik dengan busur gas tungsten (GTAW), busur logam gas (Gawn), dan metode resistensi. | Sambungan las bertahan hingga 90–95 % kekuatan logam dasar dan ketahanan korosi ketika pengisi yang tepat (ERNi-1) digunakan. |
Listrik & Konduktivitas termal |
Konduktivitas listrik yang tinggi (~ 22 % IACS) dan konduktivitas termal (~61 W/m·K). | Ideal untuk komponen listrik, elemen pemanas, dan peralatan kimia konduktif. |
| Sifat magnetik | Non-magnetik dalam kondisi anil. | Cocok untuk lingkungan magnetik dan instrumentasi yang sensitif. |
| Kemurnian dan Kebersihan | > 99.6 % Kandungan Ni memastikan kontaminasi minimal dalam proses dengan kemurnian tinggi. | Digunakan dalam semikonduktor, makanan, dan industri farmasi di mana kontaminasi logam harus dihindari. |
| Resistensi terhadap Pengurangan Lingkungan | Stabil di atmosfer hidrogen dan CO₂. | Mempertahankan keuletan dan integritas mekanis bahkan selama terkena gas pereduksi. |
Keterbatasan Nikel 201
Meskipun karakteristiknya sangat baik, Nikel 201 adalah bukan paduan universal. Penggunaannya dibatasi oleh faktor mekanis dan lingkungan yang harus dievaluasi secara cermat selama pemilihan material.
| Kategori | Keterbatasan | Penjelasan / Mitigasi |
| Kekuatan mekanis | Kekuatan luluh yang relatif rendah (~60–90 MPa pada suhu kamar). | Tidak cocok untuk aplikasi struktural berat; sering diperkuat dengan penyangga atau kelongsong eksternal. |
| Resistensi oksidasi | Resistensi sedang di udara di atas 600 ° C.. | Paparan suhu tinggi dalam waktu lama menyebabkan oksidasi dan kerak permukaan; lapisan pelindung direkomendasikan. |
| Biaya | Biaya lebih tinggi dari baja karbon atau baja tahan karat. | Dibenarkan hanya di lingkungan yang sangat korosif atau kritis terhadap kemurnian. |
Sulfur & Sensitivitas Halida |
Rentan terhadap serangan di lingkungan yang mengandung sulfur atau halogen (MISALNYA., Kl₂, Hcl, So₂). | Hindari penggunaan di atmosfer yang mengandung klor atau belerang; pilih Paduan Nikel 600 atau Paduan 625 alih-alih. |
| Bekerja keras | Pengerasan kerja selama pembentukan dingin. | Membutuhkan anil menengah untuk deformasi yang luas. |
| Kekuatan Suhu Tinggi Terbatas | Kehilangan kekuatan tarik dengan cepat di atas 650 ° C.. | Gunakan superalloy berbahan dasar Nikel (MISALNYA., Inconel 600, Hastelloy C-22) untuk aplikasi dengan tekanan tinggi atau suhu tinggi. |
9. Penerapan ASTM B162 N02201
Nikel 201 banyak digunakan dalam industri yang menuntut ketahanan terhadap korosi dan sifat mampu bentuk:
- Pemrosesan Kimia: evaporator soda kaustik, tangki alkali
- Laut aplikasi: peralatan air laut, komponen lepas pantai
- Penukar panas & Kondensor
- Luar angkasa: komponen berputar dan ditarik
- Kapal Tekanan & boiler memerlukan karbon rendah, Bahan tahan korosi
10. Perbandingan dengan Paduan Nikel Serupa
Nikel 201 (AS N02201) adalah bagian dari keluarga paduan nikel murni komersial itu juga termasuk Nikel 200 (UNS N02200) dan beberapa paduan berbasis nikel seperti Paduan 400 (Monel 400), Paduan 600 (Inconel 600), Dan Paduan 625 (Inconel 625).
Tabel Perbandingan – Nikel 201 vs.. Paduan Nikel Lainnya
| Milik / Fitur | Nikel 200 (UNS N02200) | Nikel 201 (AS N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inconel 600 (US N06600) | Inconel 625 (US N06625) |
| Komposisi nominal (wt%) | Adalah ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Adalah ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | Di ~ 66, Cu ~ 31, Fe~ 2 | Di ~ 72, Kr~ 15.5, Fe~ 8 | Di ~ 61, Kr~ 21.5, Mo~ 9, NB + Dia ~ 3.6 |
| Rentang leleh (° C.) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Max Service Temp (° C.) | Hingga 315 ° C. | Hingga 600 ° C. | Hingga 550 ° C. | Hingga 1100 ° C. | Hingga 982 ° C. (tahan terhadap mulur) |
| Kepadatan (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Kekuatan tarik (MPa, dianil) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Kekuatan luluh (MPa, 0.2% mengimbangi) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Pemanjangan (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Resistensi korosi | Sangat baik dalam alkali; sedang dalam asam | Sangat baik dalam alkali; ditingkatkan pada T tinggi | Sangat baik di air laut, asam fluorida | Sangat baik dalam mengoksidasi & mengurangi media | Luar biasa dalam oksidasi, mengurangi, dan lingkungan klorida |
| Kemampuan las / Kemampuan formulir | Bagus sekali | Bagus sekali | Bagus | Bagus | Sedang (bekerja keras) |
| Kasus Penggunaan Utama | Sistem kaustik suhu rendah, Pengolahan makanan | Layanan kaustik suhu tinggi, sistem kemurnian kimia | Laut, poros pompa, Layanan asam HF | Penukar panas, tabung tungku, reaktor nuklir | Luar angkasa, proses kimia, Pipa air laut |
11. Kesimpulan
Nikel 201 (AS N02201) di bawah ASTM B162 adalah kemurnian tinggi, paduan nikel rendah karbon menawarkan ketahanan korosi yang sangat baik, stabilitas termal, dan kemampuan formulir.
Ini sangat cocok untuk bahan kimia, laut, Aerospace, dan aplikasi suhu tinggi di mana karbon rendah sangat penting untuk mencegah penggetasan antar butir.
Sedangkan kekuatan mekaniknya sedang, daya tahannya, keandalan, dan keserbagunaan fabrikasi menjadikannya bahan pilihan dalam lingkungan industri yang menuntut.
FAQ
Apa perbedaan ASTM B162 N02201 dan N02200?
Perbedaan utamanya adalah kandungan karbon: N02201 memiliki karbon maksimum sebesar 0.02% (vs.. 0.15% untuk N02201? Tidak—benar: N02200 punya 0.15% maks C).
C rendah N02201 meningkatkan kemampuan las dan ketahanan korosi antar butir, membuatnya lebih baik untuk sambungan las dan kriogenik. N02200 adalah biaya lebih rendah untuk aplikasi non-las.
Berapa suhu layanan maksimum untuk N02201?
N02201 dapat beroperasi terus menerus pada suhu hingga 600°C (1112° f) sambil mempertahankan >40% pemanjangan. Di atas 600 ° C., kekuatan tarik menurun dengan cepat, membatasi penggunaan pada paparan intermiten.
Apakah N02201 dapat dilas?
Ya—N02201 mudah dilas melalui GTAW (CEKCOK) dan gmaw (AKU) menggunakan logam pengisi N02201 (ERNi-1/ENi-1).
Perlakuan panas pasca pengelasan tidak diperlukan untuk sebagian besar aplikasi karena kandungan karbonnya rendah.
Bagaimana kinerja N02201 di air laut?
N02201 menunjukkan ketahanan korosi air laut yang sangat baik, dengan laju korosi <0.02 mm/tahun—lebih unggul dari 304 baja tahan karat (0.1 mm/tahun). Ini sangat ideal untuk sistem pendingin laut.
Sertifikasi apa yang dimiliki N02201 untuk kontak makanan?
N02201 mematuhi FDA 21 Bagian CFR 177.2600 (kontak makanan) dan Peraturan UE (EC) TIDAK.
1935/2004, sehingga aman untuk peralatan pengolahan makanan dan farmasi.
Bisakah N02201 digunakan dalam aplikasi kriogenik?
Ya—N02201 mempertahankan keuletan yang tinggi (pemanjangan >40%) pada suhu serendah -253°C (titik didih hidrogen cair), sehingga cocok untuk tangki bahan bakar kriogenik dan sistem superkonduktor.
