1. Introduzione
Nichel 201 (USA N02201) è una lega di nichel commercialmente pura ampiamente riconosciuta per la sua eccezionale resistenza alla corrosione, eccellente stabilità termica, e formabilità eccezionale.
Specificato sotto ASTM B162 per piatto, foglio, e striscia, Nichel 201 è essenzialmente una variante a basso contenuto di carbonio del nichel 200.
La riduzione del contenuto di carbonio migliora significativamente la sua resistenza all'infragilimento intergranulare e mantiene l'integrità meccanica a temperature elevate.
La sua combinazione di purezza, duttilità, e l'elevata resistenza alla corrosione lo rendono un materiale essenziale nella lavorazione chimica, ambienti marini, applicazioni aerospaziali, e operazioni industriali ad alta temperatura.
2. Cos'è la lega di nichel ASTM B162 N02201?
ASTM B162 N02201, comunemente noto come Nichel 201, è una lega di nichel commercialmente pura standardizzata per piatto, foglio, e spogliare i prodotti.
È essenzialmente a versione a basso tenore di carbonio del nichel 200, con il contenuto di carbonio ridotto al massimo 0.02 % in peso per migliorare la resistenza a corrosione intergranulare E infragilimento termico durante il servizio ad alta temperatura.
Nichel 201 è caratterizzato da:
- Contenuto di nichel ad elevata purezza (≥99% in peso), garantendo un'eccellente resistenza alla corrosione in posizione neutra, alcalino, e ambienti moderatamente ossidanti.
- Basso contenuto di carbonio, che impedisce la formazione di carburi di nichel ai bordi grano, mantenendo duttilità e tenacità durante l'esposizione prolungata al calore.
- Ottima formabilità, rendendolo adatto all'imbutitura profonda, filatura, e complesse operazioni di fabbricazione.
- Stabilità termica superiore, consentendo il funzionamento continuo a temperature elevate senza perdita significativa delle proprietà meccaniche.
3. Composizione chimica del nichel 201
Nichel 201 (USA N02201) è un lega di nichel commercialmente pura con impurità attentamente controllate e un basso contenuto di carbonio per migliorare le prestazioni alle alte temperature e la resistenza alla corrosione.
La composizione chimica è standardizzata sotto ASTM B162 per garantire proprietà costanti per le applicazioni industriali.
| Elemento | Contenuto tipico (WT%) | Note |
| Nichel (In) | ≥ 99.0 | Elemento base, garantisce resistenza alla corrosione e duttilità |
| Carbonio (C) | ≤ 0.02 | Il basso contenuto di carbonio riduce la formazione di carburi, prevenendo la corrosione intergranulare |
| Ferro (Fe) | ≤ 0.40 | Residuo, influenza minima sulla resistenza alla corrosione |
| Rame (Cu) | ≤ 0.25 | Livello di impurità, può migliorare leggermente la resistenza alla corrosione in ambienti specifici |
| Manganese (Mn) | ≤ 0.10 | Piccole impurità, effetto minimo sulle proprietà meccaniche |
| Silicio (E) | ≤ 0.10 | Elemento residuo, contribuisce in minima parte alla resistenza all'ossidazione |
| Zolfo (S) | ≤ 0.01 | Controllato per evitare l'infragilimento e mantenere la duttilità |
| Fosforo (P) | ≤ 0.01 | Il basso contenuto di fosforo garantisce buona tenacità e saldabilità |
Intuizioni chiave:
- Dominanza del nichel: Sopra 99 La percentuale di nichel in peso garantisce un'eccellente stabilità chimica nei mezzi corrosivi.
- Basso carbonio: Il carbonio ≤0,02% in peso impedisce la precipitazione di carburi di nichel ai bordi dei grani durante il servizio prolungato ad alta temperatura, che è fondamentale per Resistenza alla corrosione da stress.
- Impurità controllate: Elementi come il ferro, rame, e il manganese sono mantenuti a livelli minimi per bilanciare i costi, Resistenza alla corrosione, e prestazioni meccaniche.
4. Proprietà fisiche di UNS N02201
| Proprietà | Valore |
| Densità | 8.89 g/cm³ |
| Gamma di fusione | 1435–1446°C |
| Conducibilità termica | 90 W/m · k |
| Resistività elettrica | 7 μω · cm |
| Permeabilità magnetica | Leggermente magnetico sotto 354 ° C. (Punto di curie) |
| Coefficiente di espansione termica | 13.3 μm/m · ° C. (20–100 ° C.) |
5. Proprietà meccaniche del nichel 201
Nichel 201 (USA N02201) presenta una combinazione di forza moderata, Eccellente duttilità, e tenacità, rendendolo un materiale versatile per applicazioni industriali esigenti.
| Proprietà | Valore tipico | Condizione di prova / Note |
| Resistenza alla trazione (σᵤ) | 480–620 MPA (70–90 ksi) | Condizione ricotto |
| Forza di snervamento (σ₀.₂) | 150–275 MPA (22–40 ksi) | 0.2% offset |
| Allungamento (A₅₀) | 30–50 % | Misurato su 50 lunghezza del calibro mm |
| Riduzione dell'area (RA) | 55–65 % | Indica duttilità e tenacità |
| Durezza (HRB) | 70–100 | Scala Rockwell B, condizione ricotto |
| Forza di taglio | ~ 310 MPA | Valore tipico per il prodotto lavorato |
| Modulo di elasticità (E) | 200 GPA | Paragonabile agli acciai strutturali |
| Il rapporto di Poisson | 0.31 | Standard per leghe di nichel |
Principali caratteristiche meccaniche:
- Duttilità: Nichel 201 possono subire una significativa deformazione plastica prima del cedimento, rendendolo adatto alla formatura, flessione, e operazioni di imbutitura.
- Tenacità: Mantiene un'eccellente tenacità alla frattura in un ampio intervallo di temperature, da condizioni criogeniche a circa 600 ° C..
- Il lavoro indurimento: Può essere rinforzato mediante lavorazione a freddo, fornendo flessibilità nella progettazione di componenti meccanici.
- Resistenza alla fatica: L'elevata duttilità e i bassi livelli di impurità contribuiscono a buone prestazioni a fatica in ambienti di carico ciclico.
6. Resistenza alla corrosione & Prestazioni di temperatura
Nichel 201 (USA N02201) è molto apprezzato per il suo Eccezionale resistenza alla corrosione E stabilità termica, soprattutto in ambienti contenenti sostanze chimiche neutre e riducenti.
Le sue prestazioni sono superiori a molti metalli commerciali grazie alla sua elevata purezza del nichel (≥ 99.5%) E basso contenuto di carbonio (< 0.02%), che prevengono la sensibilizzazione e la precipitazione di carburi a temperature elevate.
Resistenza alla corrosione
Nichel 201 dimostra resistenza ad una vasta gamma di agenti corrosivi, rendendolo un materiale di scelta per Elaborazione chimica, marino, e applicazioni ad elevata purezza.
| Ambiente | Comportamento della corrosione | Commenti |
| Alcali caustici (Naoh, KOH) | Eccellente | Corrosione minima anche a temperature di ebollizione; utilizzato per evaporatori caustici e scambiatori di calore. |
| Neutro & Riduzione dei sali | Eccellente | Stabile in cloruro neutro, solfato, e ambienti nitrati. |
| Acidi (Cloridrico, Solforico) | Da moderato a buono | Resistente in concentrazioni diluite; la corrosione aumenta con l'aumentare dell'acidità e della temperatura. |
| Ambienti ossidanti (Acido nitrico, Alogeni) | Povero | Non adatto per acidi fortemente ossidanti o gas alogeni; Nichel 200/201 sono inclini ad attaccare. |
| Acqua di mare & Salamoia | Bene | Funziona bene in condizioni stagnanti e di flusso, ma non così bene come le leghe di rame-nichel in acqua di mare ad alta velocità. |
| Composti organici (Acetico, Acidi formici) | Eccellente | Stabile alla maggior parte dell'esposizione agli acidi organici, rendendolo ideale per le apparecchiature di processo nell'industria chimica. |
Meccanismo di resistenza:
La resistenza alla corrosione del nichel 201 deriva dalla formazione di a magro, pellicola di ossido aderente sulla sua superficie, che passiva il metallo e inibisce ulteriori attacchi.
Il suo basso contenuto di carbonio previene corrosione intergranulare, garantendo la longevità nei cicli termici o negli ambienti di saldatura.
Prestazioni di temperatura
Nichel 201 mantiene l'integrità meccanica e la stabilità chimica in un ampio spettro di temperature, da da criogenico a moderatamente alta temperatura condizioni.
| Intervallo di temperatura | Comportamento | Applicazioni tipiche |
| −200 °C fino a 0 ° C. | Eccezionale tenacità e duttilità | Recipienti di stoccaggio criogenici, sistemi di trattamento del gas liquido |
| Ambiente a 300 ° C. | Mantiene la robustezza e la resistenza alla corrosione | Attrezzature per la lavorazione chimica e alimentare |
| 300 ° C a 600 ° C. | Stabile alla grafitizzazione (a differenza del nichel 200) | Scambiatori di calore, Componenti della fornace |
| > 600 ° C. | Graduale riduzione della forza; aumenta il rischio di ossidazione | Uso limitato, consigliati rivestimenti protettivi |
Vantaggio chiave rispetto al nichel 200:
Livello di carbonio inferiore del nichel 201 (< 0.02%) migliora notevolmente la sua resistenza alla grafitizzazione, consentendo un funzionamento sicuro fino a 600 ° C. senza infragilimento, mentre il nichel 200 è in genere limitato a 315 ° C..
7. Fabbricazione, Formazione, e trattamento termico
Nichel 201 (USA N02201) è molto apprezzato nel settore della fabbricazione per la sua Ottima formabilità, saldabilità, e stabilità termica.
Il suo basso contenuto di carbonio (< 0.02 %) lo rende meno suscettibile alla precipitazione del carburo durante il riscaldamento, che lo esalta lavorabilità e resistenza alla corrosione intergranulare durante la formatura e la saldatura.
Fabbricazione e macchinabilità
Nichel 201 può essere facilmente fabbricabile utilizzando metodi convenzionali impiegato per acciai inossidabili austenitici e altre leghe ad alto contenuto di nichel.
| Processo di fabbricazione | Caratteristiche | Best practice |
| Lavorazione | Produce superfici pulite con usura moderata dell'utensile; leggermente più duro del rame ma più morbido della maggior parte degli acciai. | Utilizzo acciaio ad alta velocità (HSS) O Strumenti a punta in carburo, basse velocità di taglio (15–25 m/l), e lubrificazione generosa. |
| Formazione | Eccellente duttilità sia in condizioni calde che fredde; rischio minimo di rottura. | Eseguire lavoro a freddo a temperatura ambiente per una formatura di precisione. Per formatura pesante, utilizzo lavorazione a caldo tra 870–1230 °C. |
| Taglio / Pugni | Facile da tagliare e perforare grazie alla durezza moderata (~70-85HRB). | Utilizzare strumenti affilati e uno spazio adeguato per evitare lacerazioni dei bordi. |
| Forgiatura | Struttura uniforme del grano mantenuta durante la lavorazione a caldo. | Riscaldare gradualmente 1150–1230°C, finire la forgiatura sopra 870 ° C., seguito da un rapido raffreddamento. |
Indice di lavorazione:
La lavorabilità del nichel 201 è valutata a 20–25 % di acciaio automatico (Aisi 1212), riflettendo la necessità di strumenti affilati, velocità controllate, e un raffreddamento costante per evitare l'incrudimento.
Caratteristiche di formazione
Nichel 201 elevata duttilità e resistenza moderata lo rendono ideale per l'imbutitura profonda, filatura, e operazioni di piegatura.
- Formazione fredda: La lega presenta un ritorno elastico e un incrudimento minimi; la ricottura postforming ripristina la duttilità.
- Formazione calda: Efficace tra 870–1230°C. Il lavoro non dovrebbe essere fatto di seguito 870 °C per evitare fessurazioni superficiali.
- Requisito di ricottura: Dopo una forte deformazione o riduzione a freddo (> 15 %), si consiglia la ricottura per alleviare lo stress interno.
Applicazioni tipiche di formatura:
- Tubo dello scambiatore di calore
- Vassoi evaporatori caustici
- Recipienti per processi chimici
Saldatura
Nichel 201 mostre Ottima saldabilità utilizzando la maggior parte dei processi convenzionali:
- Metodi preferiti: Gtaw (TIG), Gawn (ME), Smaw, e saldatura a resistenza.
- Metalli di riempimento: Comunemente Nichel 201 (ERNi-1) O Nichel 200 vengono utilizzate bacchette di riempimento.
- Precauzioni:
-
- Il preriscaldamento è non richiesto.
- Il trattamento termico post-saldatura è opzionale a meno che non sia richiesto per il controllo dimensionale.
- Evitare un eccessivo apporto di calore per prevenire la crescita e l'ossidazione dei grani.
Prestazioni di saldatura tipiche:
La resistenza alla trazione dei giunti saldati rimane ≥ 90 % del metallo base, e la resistenza alla corrosione rimane in gran parte inalterata se viene mantenuta una schermatura adeguata.
Trattamento termico
Trattamento termico del Nichel 201 è principalmente abituato ripristinare la duttilità, alleviare lo stress interno, e affinare la struttura del grano dopo la fabbricazione.
| Tipo di trattamento termico | Intervallo di temperatura | Metodo di raffreddamento | Scopo |
| Ricottura | 650–900 ° C. | Raffreddamento ad aria o ad acqua | Allevia la tensione dovuta al lavoro a freddo, ripristina la duttilità |
| Sviluppo dello stress | 480–650 ° C. | Raffreddamento ad aria | Riduce lo stress residuo dopo la lavorazione o la saldatura |
| Soluzioni ricottura | 760–870 ° C. | Tempra rapida | Garantisce microstruttura uniforme e resistenza alla corrosione |
Attenzione:
Evitare l'esposizione prolungata sopra 600 ° C. in atmosfere impure per prevenire l'ossidazione e la contaminazione della superficie.
8. Vantaggi & Limitazioni del nichel 201 Lega di nichel
Nichel 201 (USA N02201) è un nichel lavorato commercialmente puro progettato per offrire prestazioni superiori in ambienti chimicamente aggressivi e ad alta temperatura.
Vantaggi del nichel 201
La miscela unica di purezza chimica del nichel 201, duttilità, e la stabilità metallurgica lo rendono uno dei materiali più affidabili per un uso industriale impegnativo.
| Categoria | Vantaggio | Spiegazione tecnica / Beneficio |
| Resistenza alla corrosione | Ottima resistenza agli alcali caustici, sali neutri, e gas secchi. | Particolarmente resistente all'idrossido di sodio, idrossido di potassio, e l'ammoniaca anidra: la formazione di una pellicola di ossido di nichel fornisce una passivazione duratura. |
| Stabilità termica | Mantiene le proprietà meccaniche fino a ~600 °C. | A differenza del nichel 200, che soffre di grafitizzazione sopra 315 ° C., Carbonio ridotto del nichel 201 (< 0.02 %) previene la precipitazione del carburo e l'infragilimento intergranulare. |
| Fabbricazione e formabilità | Freddo eccezionale- e caratteristiche di lavorazione a caldo. | Può essere facilmente disegnato, filato, profondamente formato, o forgiato senza crepe; incrudimento minimo rispetto agli acciai inossidabili. |
| Saldabilità | Ottima saldabilità con arco tungsteno gassoso (Gtaw), arco metallico a gas (Gawn), e metodi di resistenza. | I giunti di saldatura mantengono fino a 90–95 % della robustezza del metallo base e della resistenza alla corrosione con il corretto riempimento (ERNi-1) viene utilizzato. |
Elettrico & Conducibilità termica |
Alta conducibilità elettrica (~ 22 % IACS) e conduttività termica (~61 W/m·K). | Ideale per componenti elettrici, elementi riscaldanti, e apparecchiature chimiche conduttive. |
| Proprietà magnetiche | Non magnetico in condizioni ricotti. | Adatto per ambienti magnetici e strumentali sensibili. |
| Purezza e pulizia | > 99.6 % Il contenuto di Ni garantisce una contaminazione minima nei processi ad elevata purezza. | Utilizzato nei semiconduttori, cibo, e industrie farmaceutiche dove è necessario evitare la contaminazione metallica. |
| Resistenza agli ambienti riducenti | Stabile in atmosfere di idrogeno e CO₂. | Mantiene la duttilità e l'integrità meccanica anche durante l'esposizione ai gas riducenti. |
Limitazioni del nichel 201
Nonostante le sue eccellenti caratteristiche, Nichel 201 È non è una lega universale. Il suo utilizzo è limitato da fattori meccanici e ambientali che devono essere attentamente valutati durante la scelta del materiale.
| Categoria | Limitazione | Spiegazione / Mitigazione |
| Resistenza meccanica | Carico di snervamento relativamente basso (~60–90 MPa a temperatura ambiente). | Non adatto per applicazioni strutturali pesanti; spesso rinforzato con supporti esterni o rivestimenti. |
| Resistenza all'ossidazione | Resistenza moderata nell'aria sopra 600 ° C.. | L'esposizione prolungata alle alte temperature provoca ossidazione e incrostazioni superficiali; consigliati rivestimenti protettivi. |
| Costo | Costo più elevato rispetto all'acciaio al carbonio o all'acciaio inossidabile. | Giustificato solo in ambienti altamente corrosivi o critici per la purezza. |
Zolfo & Sensibilità agli alogenuri |
Suscettibile agli attacchi in ambienti contenenti zolfo o alogeni (PER ESEMPIO., Cl₂, HCl, Quindi). | Evitare l'uso in atmosfere contenenti cloro o zolfo; selezionare Lega di nichel 600 o Lega 625 Invece. |
| Il lavoro indurimento | Indurisce durante la formatura a freddo. | Richiede una ricottura intermedia per una deformazione estesa. |
| Resistenza limitata alle alte temperature | Perde rapidamente la resistenza alla trazione sopra 650 ° C.. | Utilizzare superleghe a base di nichel (PER ESEMPIO., Incontro 600, Hastelloy C-22) per applicazioni ad alto stress o a temperature elevate. |
9. Applicazioni di ASTM B162 N02201
Nichel 201 è ampiamente utilizzato nelle industrie che richiedono resistenza alla corrosione e formabilità:
- Elaborazione chimica: evaporatori di soda caustica, serbatoi alcalini
- Marino applicazioni: attrezzature per l'acqua di mare, componenti offshore
- Scambiatori di calore & condensatori
- Aerospaziale: componenti filati e trafilati
- Vasi a pressione & caldaie che richiedono basse emissioni di carbonio, Materiali resistenti alla corrosione
10. Confronto con leghe di nichel simili
Nichel 201 (USA N02201) fa parte di una famiglia di leghe di nichel commercialmente pure questo include anche Nichel 200 (UNS N02200) e diversi Leghe a base di nichel ad esempio Lega 400 (Monel 400), Lega 600 (Incontro 600), E Lega 625 (Incontro 625).
Tabella Comparativa – Nichel 201 vs. Altre leghe di nichel
| Proprietà / Caratteristica | Nichel 200 (UNS N02200) | Nichel 201 (USA N02201) | Monel 400 (US N04400) | Incontro 600 (US N06600) | Incontro 625 (US N06625) |
| Composizione nominale (WT%) | È ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | È ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | Nel ~ 66, Cu ~ 31, Fe~ 2 | Nel ~ 72, Cr~ 15.5, Fe~ 8 | Nel ~ 61, Cr~ 21.5, Mo ~ 9, Nb + Lei ~ 3.6 |
| Gamma di fusione (° C.) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Temp di servizio massimo (° C.) | Fino a 315 ° C. | Fino a 600 ° C. | Fino a 550 ° C. | Fino a 1100 ° C. | Fino a 982 ° C. (resistente allo scorrimento) |
| Densità (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Resistenza alla trazione (MPA, ricotto) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Forza di snervamento (MPA, 0.2% offset) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Allungamento (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Resistenza alla corrosione | Eccellente negli alcali; moderato in acidi | Eccellente negli alcali; migliorato ad alta T | Ottimo in acqua di mare, acido fluoridrico | Ottimo nell'ossidare & mezzi di riduzione | Eccezionale nell'ossidazione, Ridurre, e ambienti clorurati |
| Saldabilità / Formabilità | Eccellente | Eccellente | Bene | Bene | Moderare (Il lavoro indurimento) |
| Casi d'uso primari | Sistemi caustici a bassa temperatura, trasformazione alimentare | Servizio caustico ad alta temperatura, sistemi di purezza chimica | Marino, alberi di pompa, Servizio acido HF | Scambiatori di calore, tubi del forno, Reattori nucleari | Aerospaziale, processo chimico, tubazioni dell'acqua di mare |
11. Conclusione
Nichel 201 (USA N02201) secondo ASTM B162 è di elevata purezza, lega di nichel a basso contenuto di carbonio che offre un'eccellente resistenza alla corrosione, stabilità termica, e formabilità.
È particolarmente adatto per prodotti chimici, marino, aerospaziale, e applicazioni ad alta temperatura in cui il basso contenuto di carbonio è fondamentale per prevenire l'infragilimento intergranulare.
Mentre la resistenza meccanica è moderata, la sua durabilità, affidabilità, e la versatilità di fabbricazione lo rendono un materiale preferito negli ambienti industriali più esigenti.
FAQ
Qual è la differenza tra ASTM B162 N02201 e N02200?
La differenza principale è il contenuto di carbonio: N02201 ha un carbonio massimo di 0.02% (vs. 0.15% per N02201? No, esatto: N02200 ha 0.15% massimo C).
Il basso contenuto di C di N02201 migliora la saldabilità e la resistenza alla corrosione intergranulare, rendendolo migliore per giunti saldati e criogenia. N02200 ha un costo inferiore per applicazioni non saldate.
Qual è la temperatura massima di servizio per N02201?
N02201 può funzionare in continuo fino a 600°C (1112° f) pur trattenendo >40% allungamento. Sopra 600 ° C., la resistenza alla trazione diminuisce rapidamente, limitare l’uso all’esposizione intermittente.
N02201 è saldabile?
Sì, N02201 è facilmente saldabile tramite GTAW (TIG) e gmaw (ME) utilizzando metalli d'apporto N02201 (ERNi-1/ENi-1).
Il trattamento termico post-saldatura non è richiesto per la maggior parte delle applicazioni a causa del basso contenuto di carbonio.
Come si comporta N02201 in acqua di mare?
N02201 mostra un'eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, con un tasso di corrosione <0.02 mm/anno—superiore a 304 acciaio inossidabile (0.1 mm/anno). È ideale per i sistemi di raffreddamento marini.
Quali certificazioni possiede N02201 per il contatto alimentare?
N02201 è conforme alla FDA 21 Parte CFR 177.2600 (contatto alimentare) e Regolamento UE (CE) NO.
1935/2004, rendendolo sicuro per le apparecchiature di lavorazione alimentare e farmaceutica.
N02201 può essere utilizzato in applicazioni criogeniche?
Sì, N02201 mantiene un'elevata duttilità (allungamento >40%) a temperature fino a -253°C (punto di ebollizione dell'idrogeno liquido), rendendolo adatto per serbatoi di carburante criogenici e sistemi superconduttori.
