1. Invoering
Nikkel 201 (VS N02201) is een commercieel zuivere nikkellegering die algemeen wordt erkend vanwege zijn uitzonderlijke corrosieweerstand, uitstekende thermische stabiliteit, en uitstekende vervormbaarheid.
Gespecificeerd onder ASTM B162 voor plaat, laken, en strip, Nikkel 201 is in wezen een koolstofarme variant van nikkel 200.
De vermindering van het koolstofgehalte verbetert de weerstand tegen intergranulaire verbrossing aanzienlijk en handhaaft de mechanische integriteit bij verhoogde temperaturen.
De combinatie van zuiverheid, ductiliteit, en de hoge corrosieweerstand maken het tot een essentieel materiaal bij chemische verwerking, mariene omgevingen, ruimtevaarttoepassingen, en industriële activiteiten bij hoge temperaturen.
2. Wat is ASTM B162 N02201 nikkellegering?
ASTM B162 N02201, algemeen bekend als Nikkel 201, is een commercieel zuivere nikkellegering waarvoor gestandaardiseerd is bord, laken, en stripproducten.
Het is in wezen een koolstofarme versie van nikkel 200, waarbij het koolstofgehalte is teruggebracht tot maximaal 0.02 wt% om de resistentie tegen te verbeteren intergranulaire corrosie En thermische verbrossing tijdens gebruik bij hoge temperaturen.
Nikkel 201 wordt gekenmerkt door:
- Hoogzuiver nikkelgehalte (≥99 gew.%), zorgen voor een uitstekende corrosieweerstand in neutraal, alkalisch, en licht oxiderende omgevingen.
- Laag koolstofgehalte, waardoor de vorming van nikkelcarbiden aan de korrelgrenzen wordt voorkomen, behoud van ductiliteit en taaiheid tijdens langdurige blootstelling aan hitte.
- Uitstekende vormbaarheid, waardoor het geschikt is voor dieptrekken, spinning, en complexe fabricagebewerkingen.
- Superieure thermische stabiliteit, waardoor continu gebruik bij verhoogde temperaturen mogelijk is zonder significant verlies van mechanische eigenschappen.
3. Chemische samenstelling van nikkel 201
Nikkel 201 (VS N02201) is een commercieel zuivere nikkellegering met zorgvuldig gecontroleerde onzuiverheden en een laag koolstofgehalte om de prestaties bij hoge temperaturen en de corrosieweerstand te verbeteren.
De chemische samenstelling is gestandaardiseerd onder ASTM B162 om consistente eigenschappen voor industriële toepassingen te garanderen.
| Element | Typische inhoud (wt%) | Opmerkingen |
| Nikkel (In) | ≥ 99.0 | Basiselement, zorgt voor corrosiebestendigheid en ductiliteit |
| Koolstof (C) | ≤ 0.02 | Een laag koolstofgehalte vermindert de vorming van carbiden, het voorkomen van intergranulaire corrosie |
| Ijzer (Fe) | ≤ 0.40 | Restant, geringe invloed op de corrosieweerstand |
| Koper (Cu) | ≤ 0.25 | Onzuiverheidsniveau, kan de corrosieweerstand in specifieke omgevingen enigszins verbeteren |
| Mangaan (Mn) | ≤ 0.10 | Kleine onzuiverheid, minimaal effect op mechanische eigenschappen |
| Silicium (En) | ≤ 0.10 | Resterende element, draagt minimaal bij aan de oxidatieweerstand |
| Zwavel (S) | ≤ 0.01 | Gecontroleerd om verbrossing te voorkomen en de ductiliteit te behouden |
| Fosfor (P) | ≤ 0.01 | Een laag fosforgehalte zorgt voor een goede taaiheid en lasbaarheid |
Belangrijke inzichten:
- Nikkel dominantie: Over 99 wt% nikkel zorgt voor uitstekende chemische stabiliteit in corrosieve media.
- Lage koolstof: De ≤0,02 gew.% koolstof voorkomt de precipitatie van nikkelcarbiden op korrelgrenzen tijdens langdurig gebruik bij hoge temperaturen, waarvoor cruciaal is Stresscorrosieweerstand.
- Gecontroleerde onzuiverheden: Elementen zoals ijzer, koper, en mangaan worden op een minimaal niveau gehouden om de kosten in evenwicht te houden, corrosieweerstand, en mechanische prestaties.
4. Fysieke eigenschappen van UNS N02201
| Eigendom | Waarde |
| Dikte | 8.89 g/cm³ |
| Smeltbereik | 1435–1446 °C |
| Thermische geleidbaarheid | 90 W/m · k |
| Elektrische weerstand | 7 μω · cm |
| Magnetische permeabiliteit | Enigszins magnetisch van onderen 354 ° C (Curie-punt) |
| Coëfficiënt van thermische uitzetting | 13.3 μm/m · ° C (20–100 ° C) |
5. Mechanische eigenschappen van nikkel 201
Nikkel 201 (VS N02201) vertoont een combinatie van Matige kracht, Uitstekende ductiliteit, en taaiheid, waardoor het een veelzijdig materiaal is voor veeleisende industriële toepassingen.
| Eigendom | Typische waarde | Testconditie / Opmerkingen |
| Treksterkte (σᵤ) | 480–620 MPA (70–90 ksi) | Gegloeide staat |
| Levert kracht op (σ₀.₂) | 150–275 MPA (22–40 ksi) | 0.2% verbijstering |
| Verlenging (A₅₀) | 30–50 % | Gemeten op 50 mm meter lengte |
| Vermindering van het gebied (RA) | 55–65 % | Geeft ductiliteit en taaiheid aan |
| Hardheid (HRB) | 70–100 | Rockwell B-schaal, gegloeide staat |
| Afschuifkracht | ~ 310 MPA | Typische waarde voor smeedproduct |
| Elasticiteitsmodulus (E) | 200 GPA | Vergelijkbaar met constructiestaal |
| De verhouding van Poisson | 0.31 | Standaard voor nikkellegeringen |
Belangrijkste mechanische kenmerken:
- Ductiliteit: Nikkel 201 kan aanzienlijke plastische vervorming ondergaan voordat het faalt, waardoor het geschikt is om te vormen, buigen, en dieptrekwerkzaamheden.
- Taaiheid: Behoudt een uitstekende breuktaaiheid over een breed temperatuurbereik, van cryogene omstandigheden tot ongeveer 600 ° C.
- Werkharden: Kan verstevigd worden door koudvervormen, het bieden van flexibiliteit in het ontwerp van mechanische componenten.
- Vermoeidheid weerstand: Hoge taaiheid en lage onzuiverheidsniveaus dragen bij aan goede vermoeiingsprestaties in omgevingen met cyclische belasting.
6. Corrosieweerstand & Temperatuurprestatie
Nikkel 201 (VS N02201) staat hoog aangeschreven vanwege zijn uitzonderlijke corrosieweerstand En thermische stabiliteit, vooral in omgevingen met neutrale en reducerende chemicaliën.
Dankzij zijn prestaties zijn deze superieur aan die van veel commerciële metalen hoge nikkelzuiverheid (≥ 99.5%) En Laag koolstofgehalte (< 0.02%), die sensibilisatie en carbideprecipitatie bij verhoogde temperaturen voorkomen.
Corrosieweerstand
Nikkel 201 toont weerstand tegen een breed scala aan corrosieve stoffen, waardoor het een materiaal bij uitstek is chemische verwerking, marien, en toepassingen met hoge zuiverheid.
| Omgeving | Corrosiegedrag | Opmerkingen |
| Bijtende alkaliën (Nao, KOH) | Uitstekend | Minimale corrosie, zelfs bij kooktemperaturen; gebruikt voor bijtende verdampers en warmtewisselaars. |
| Neutrale & Zouten verminderen | Uitstekend | Stabiel in neutraal chloride, sulfaat, en nitraatomgevingen. |
| Zuren (Zoutzuur, Zwavelzuur) | Matig tot goed | Resistent in verdunde concentraties; corrosie neemt toe bij hogere zuurgraad en temperatuur. |
| Oxiderende omgevingen (Salpeterzuur, Halogenen) | Arm | Niet geschikt voor sterk oxiderende zuren of halogeengassen; Nikkel 200/201 zijn vatbaar voor aanvallen. |
| Zeewater & Pekel | Goed | Presteert goed onder stagnerende en stromende omstandigheden, maar niet zo goed als koper-nikkellegeringen in zeewater met hoge snelheid. |
| Organische verbindingen (Azijnzuur, Mierenzuren) | Uitstekend | Stabiel onder de meeste organische zuren, waardoor het ideaal is voor procesapparatuur in de chemische industrie. |
Mechanisme van verzet:
De corrosieweerstand van nikkel 201 is afgeleid van de vorming van a dun, hechtende oxidefilm op het oppervlak, wat het metaal passiveert en verdere aanval remt.
Het lage koolstofgehalte voorkomt dit intergranulaire corrosie, zorgen voor een lange levensduur in thermische cycli- of lasomgevingen.
Temperatuurprestatie
Nikkel 201 behoudt mechanische integriteit en chemische stabiliteit over een breed temperatuurspectrum, van cryogene tot matige hoge temperatuur voorwaarden.
| Temperatuurbereik | Gedrag | Typische toepassingen |
| −200 °C tot 0 ° C | Uitstekende taaiheid en ductiliteit | Cryogene opslagvaten, systemen voor de behandeling van vloeibare gassen |
| Ambient voor 300 ° C | Behoudt de sterkte en corrosiebestendigheid | Chemische en voedselverwerkingsapparatuur |
| 300 ° C tot 600 ° C | Stabiel tegen grafitisering (in tegenstelling tot nikkel 200) | Warmtewisselaars, ovencomponenten |
| > 600 ° C | Geleidelijke vermindering van kracht; het risico op oxidatie neemt toe | Beperkt gebruik, beschermende coatings aanbevolen |
Belangrijk voordeel ten opzichte van nikkel 200:
Het lagere koolstofniveau van nikkel 201 (< 0.02%) verbetert deze aanzienlijk grafitisering weerstand, waardoor een veilige werking mogelijk is tot 600 ° C zonder verbrossing, terwijl nikkel 200 is meestal beperkt tot 315 ° C.
7. Fabricage, Vormend, en warmtebehandeling
Nikkel 201 (VS N02201) wordt vanwege zijn eigenschappen zeer gewaardeerd in de fabricage-industrie Uitstekende vormbaarheid, lasbaarheid, en thermische stabiliteit.
Het lage koolstofgehalte (< 0.02 %) maakt het minder gevoelig voor carbideprecipitatie tijdens verwarming, wat het versterkt verwerkbaarheid en weerstand tegen intergranulaire corrosie tijdens het vormen en lassen.
Fabricage en bewerkbaarheid
Nikkel 201 kan zijn gemakkelijk vervaardigd met behulp van conventionele methoden gebruikt voor austenitisch roestvast staal en andere legeringen met een hoog nikkelgehalte.
| Fabricageproces | Kenmerken | Best practices |
| Bewerking | Produceert schone oppervlakken met matige gereedschapsslijtage; iets harder dan koper, maar zachter dan de meeste staalsoorten. | Gebruik high-speed staal (HSS) of gereedschap van carbide-tip, lage snijsnelheden (15–25 m/l), en royale smering. |
| Vormend | Uitstekende ductiliteit in zowel warme als koude omstandigheden; minimaal risico op scheuren. | Presteren koud werkend bij kamertemperatuur voor nauwkeurig vormen. Voor zware vervormingen, gebruik heet werken tussen 870–1230 °C. |
| Schaar / Ponsen | Gemakkelijk te snijden en te ponsen dankzij de gemiddelde hardheid (~70-85 HRB). | Gebruik scherp gereedschap en voldoende ruimte om te voorkomen dat de randen scheuren. |
| Smeden | Uniforme korrelstructuur behouden tijdens heet werken. | Verwarm geleidelijk tot 1150–1230 °C, voltooi het smeden hierboven 870 ° C, gevolgd door snelle koeling. |
Machinebepalingsindex:
De bewerkbaarheid van nikkel 201 wordt beoordeeld op 20–25 % van automatenstaal (Aisi 1212), weerspiegelt de behoefte aan scherp gereedschap, gecontroleerde snelheden, en consistente koeling om verharding van het werk te voorkomen.
Vormende kenmerken
Nikkel 201's hoge ductiliteit en matige sterkte maken het ideaal voor dieptrekken, spinning, en buigbewerkingen.
- Koude vorming: De legering vertoont minimale terugvering en rekverharding; post-forming gloeien herstelt de ductiliteit.
- Heet vormen: Effectief tussen 870–1230 °C. Hieronder mag niet worden gewerkt 870 °C om oppervlaktescheuren te voorkomen.
- Gloeivereiste: Na zware vervorming of koude reductie (> 15 %), gloeien wordt aanbevolen om interne stress te verlichten.
Typische vormtoepassingen:
- Warmtewisselaarslang
- Bijtende verdamperbakken
- Chemische procesvaten
Las
Nikkel 201 tentoonstellingen Uitstekende lasbaarheid gebruikmakend van de meeste conventionele processen:
- Voorkeursmethoden: GTAW (TIG), Gawn (MIJ), Smaken, en weerstandslassen.
- Vulmetalen: Algemeen Nikkel 201 (ERNi-1) of Nikkel 200 er worden vulstaven gebruikt.
- Voorzorgsmaatregelen:
-
- Voorverwarmen wel niet vereist.
- Warmtebehandeling na het lassen wel optioneel tenzij vereist voor dimensionale controle.
- Vermijd overmatige warmte-inbreng om graangroei en oxidatie te voorkomen.
Typische lasprestaties:
De treksterkte van lasverbindingen blijft gelijk ≥ 90 % van het basismetaal, en de corrosieweerstand wordt grotendeels onaangetast als de juiste afscherming wordt gehandhaafd.
Warmtebehandeling
Warmtebehandeling van nikkel 201 is vooral gewend herstel van de taaiheid, interne stress verlichten, en verfijn de korrelstructuur na fabricage.
| Warmtebehandelingstype | Temperatuurbereik | Koelmethode | Doel |
| Glans | 650–900 ° C | Lucht- of waterkoeling | Verlicht de spanning bij koud werk, herstelt de ductiliteit |
| Stress verlicht | 480–650 ° C | Luchtkoeling | Vermindert restspanning na machinale bewerking of lassen |
| Verlichting van oplossing | 760–870 ° C | Snel blussen | Zorgt voor een uniforme microstructuur en corrosiebestendigheid |
Voorzichtigheid:
Vermijd langdurige blootstelling hierboven 600 ° C in onzuivere atmosferen om oppervlakteoxidatie en verontreiniging te voorkomen.
8. Voordelen & Beperkingen van nikkel 201 Nikkellegering
Nikkel 201 (VS N02201) is een commercieel zuiver gesmeed nikkel ontworpen om superieure prestaties te bieden in chemisch agressieve omgevingen en omgevingen met hoge temperaturen.
Voordelen van nikkel 201
Nikkel 201's unieke mix van chemische zuiverheid, ductiliteit, en metallurgische stabiliteit maken het tot een van de meest betrouwbare materialen voor veeleisend industrieel gebruik.
| Categorie | Voordeel | Technische uitleg / Voordeel |
| Corrosieweerstand | Uitstekende weerstand tegen bijtende alkaliën, neutrale zouten, en droge gassen. | Bijzonder resistent tegen natriumhydroxide, kaliumhydroxide, en watervrije ammoniak-nikkeloxidefilmvorming zorgt voor duurzame passivatie. |
| Thermische stabiliteit | Behoudt mechanische eigenschappen tot ~600 °C. | In tegenstelling tot nikkel 200, die hierboven aan grafitisering lijdt 315 ° C, Nikkel 201's verminderde koolstof (< 0.02 %) voorkomt carbideprecipitatie en intergranulaire verbrossing. |
| Fabricage en vervormbaarheid | Uitstekende kou- en warmwerkende eigenschappen. | Kan gemakkelijk worden getekend, gesponnen, diep gevormd, of gesmeed zonder barsten; minimale verharding in vergelijking met roestvast staal. |
| Lasbaarheid | Uitstekende lasbaarheid met gaswolfraamboog (GTAW), gas-metaalboog (Gawn), en weerstandsmethoden. | Lasverbindingen behouden tot 90–95 % van basismetaalsterkte en corrosieweerstand bij juiste vulstof (ERNi-1) wordt gebruikt. |
Elektrisch & Thermische geleidbaarheid |
Hoge elektrische geleidbaarheid (~ 22 % IACS) en thermische geleidbaarheid (~61 W/m·K). | Ideaal voor elektrische componenten, verwarmingselementen, en geleidende chemische apparatuur. |
| Magnetische eigenschappen | Niet-magnetisch in gegloeide toestand. | Geschikt voor gevoelige magnetische en instrumentatieomgevingen. |
| Zuiverheid en netheid | > 99.6 % Het Ni-gehalte zorgt voor minimale vervuiling in hoogzuivere processen. | Gebruikt in halfgeleiders, voedsel, en farmaceutische industrieën waar metaalverontreiniging moet worden vermeden. |
| Weerstand tegen het verminderen van omgevingen | Stabiel in waterstof- en CO₂-atmosferen. | Behoudt de taaiheid en mechanische integriteit, zelfs tijdens blootstelling aan reducerende gassen. |
Beperkingen van nikkel 201
Ondanks zijn uitstekende eigenschappen, Nikkel 201 is geen universele legering. Het gebruik ervan wordt beperkt door mechanische en omgevingsfactoren die zorgvuldig moeten worden geëvalueerd tijdens de materiaalkeuze.
| Categorie | Beperking | Uitleg / Verzachting |
| Mechanische sterkte | Relatief lage vloeigrens (~60–90 MPa bij kamertemperatuur). | Niet geschikt voor zware structurele toepassingen; vaak versterkt met externe steunen of bekleding. |
| Oxidatieweerstand | Matige weerstand in de lucht erboven 600 ° C. | Langdurige blootstelling aan hoge temperaturen veroorzaakt oxidatie en schilfering van het oppervlak; beschermende coatings aanbevolen. |
| Kosten | Hogere kosten dan koolstofstaal of roestvrij staal. | Alleen gerechtvaardigd in zeer corrosieve of zuiverheidskritische omgevingen. |
Zwavel & Halidegevoeligheid |
Gevoelig voor aantasting in zwavelhoudende of halogeenomgevingen (Bijv., Kl₂, HCl, Dus₂). | Vermijd gebruik in gechloreerde of zwavelhoudende atmosferen; selecteer Nikkellegering 600 of legering 625 in plaats van. |
| Werkharden | Hardt uit tijdens koudvervormen. | Vereist tussentijds uitgloeien voor uitgebreide vervorming. |
| Beperkte sterkte bij hoge temperaturen | Verliest snel treksterkte hierboven 650 ° C. | Gebruik op nikkel gebaseerde superlegeringen (Bijv., Inconiëren 600, Hastelloy C-22) voor toepassingen met hoge spanning of hoge temperaturen. |
9. Toepassingen van ASTM B162 N02201
Nikkel 201 wordt veel gebruikt in industrieën die corrosiebestendigheid en vervormbaarheid vereisen:
- Chemische verwerking: natronloogverdampers, alkalische tanks
- Mariene toepassingen: zeewater apparatuur, offshore-componenten
- Warmtewisselaars & condensator
- Ruimtevaart: draaiende en getrokken componenten
- Drukvaten & ketels koolstofarme producten vereisen, corrosiebestendige materialen
10. Vergelijking met soortgelijke nikkellegeringen
Nikkel 201 (VS N02201) maakt deel uit van een gezin van commercieel zuivere nikkellegeringen dat hoort er ook bij Nikkel 200 (UNS N02200) en meerdere Op nikkel gebaseerde legeringen zoals Legering 400 (Monel 400), Legering 600 (Inconiëren 600), En Legering 625 (Inconiëren 625).
Vergelijkende tabel – Nikkel 201 vs. Andere nikkellegeringen
| Eigendom / Functie | Nikkel 200 (UNS N02200) | Nikkel 201 (VS N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inconiëren 600 (US N06600) | Inconiëren 625 (US N06625) |
| Nominale compositie (wt%) | Is ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Is ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | In ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | In ~ 72, Cr~ 15.5, Fe ~ 8 | In ~ 61, Cr~ 21.5, Mo ~ 9, NB + Zij ~ 3.6 |
| Smeltbereik (° C) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Max Service Temp (° C) | Tot aan 315 ° C | Tot aan 600 ° C | Tot aan 550 ° C | Tot aan 1100 ° C | Tot aan 982 ° C (kruipvast) |
| Dikte (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Treksterkte (MPA, gegloeid) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Levert kracht op (MPA, 0.2% verbijstering) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Verlenging (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Corrosieweerstand | Uitstekend in alkaliën; matig in zuren | Uitstekend in alkaliën; verbeterd bij hoge T | Uitstekend in zeewater, fluorwaterstofzuur | Uitstekend in oxideren & media reduceren | Uitstekend in oxideren, verminderen, en chlorideomgevingen |
| Lasbaarheid / Vormbaarheid | Uitstekend | Uitstekend | Goed | Goed | Gematigd (Werkharden) |
| Primaire gebruiksscenario's | Bijtende systemen op lage temperatuur, voedselverwerking | Bijtende dienst op hoge temperatuur, chemische zuiveringssystemen | Mariene, pompassen, HF-zuurservice | Warmtewisselaars, oven buizen, kernreactoren | Ruimtevaart, chemisch proces, zeewater leidingen |
11. Conclusie
Nikkel 201 (VS N02201) onder ASTM B162 is een hoge zuiverheid, koolstofarme nikkellegering die uitstekende corrosieweerstand biedt, thermische stabiliteit, en vormbaarheid.
Het is vooral geschikt voor chemicaliën, marien, ruimtevaart, en toepassingen bij hoge temperaturen waarbij een laag koolstofgehalte van cruciaal belang is om intergranulaire verbrossing te voorkomen.
Terwijl de mechanische sterkte matig is, zijn duurzaamheid, betrouwbaarheid, en de veelzijdigheid van de fabricage maken het tot een voorkeursmateriaal in veeleisende industriële omgevingen.
FAQ's
Wat is het verschil tussen ASTM B162 N02201 en N02200?
Het belangrijkste verschil is het koolstofgehalte: N02201 heeft een maximaal koolstofgehalte van 0.02% (vs. 0.15% voor N02201? Nee, juist: N02200 heeft 0.15% maximaal C).
De lage C van N02201 verbetert de lasbaarheid en de weerstand tegen intergranulaire corrosie, waardoor het beter is voor lasverbindingen en cryogene toepassingen. N02200 is goedkoper voor niet-gelaste toepassingen.
Wat is de maximale bedrijfstemperatuur voor N02201?
De N02201 kan continu werken tot 600°C (1112° F) terwijl behouden >40% verlenging. Boven 600 ° C, de treksterkte neemt snel af, beperking van het gebruik tot intermitterende blootstelling.
Is N02201 lasbaar?
Ja: N02201 is gemakkelijk te lassen via GTAW (TIG) en GMAW (MIJ) gebruik van N02201-vulmetalen (ERNi-1/ENi-1).
Warmtebehandeling na het lassen is voor de meeste toepassingen niet vereist vanwege het lage koolstofgehalte.
Hoe presteert N02201 in zeewater??
N02201 vertoont een uitstekende weerstand tegen zeewatercorrosie, met een corrosiesnelheid <0.02 mm/jaar – superieur aan 304 roestvrij staal (0.1 mm/jaar). Het is ideaal voor maritieme koelsystemen.
Welke certificeringen heeft N02201 voor contact met voedsel?
N02201 voldoet aan de FDA 21 CFR -deel 177.2600 (contact met voedsel) en EU-regelgeving (EG) Nee.
1935/2004, waardoor het veilig is voor voedsel- en farmaceutische verwerkingsapparatuur.
Kan N02201 worden gebruikt in cryogene toepassingen?
Ja – N02201 behoudt een hoge ductiliteit (verlenging >40%) bij temperaturen tot -253°C (kookpunt van vloeibare waterstof), waardoor het geschikt is voor cryogene brandstoftanks en supergeleidende systemen.
