1. Introduksjon
Nikkel 201 (US N02201) er en kommersielt ren nikkellegering som er anerkjent for sin eksepsjonelle korrosjonsbestandighet, utmerket termisk stabilitet, og enestående formbarhet.
Spesifisert under ASTM B162 for tallerken, ark, og stripe, Nikkel 201 er egentlig en lavkarbon variant av nikkel 200.
Reduksjonen i karboninnhold øker dens motstand mot intergranulær sprøhet og opprettholder mekanisk integritet ved høye temperaturer..
Dens kombinasjon av renhet, duktilitet, og høy korrosjonsbestandighet gjør det til et essensielt materiale i kjemisk prosessering, Marine miljøer, Aerospace -applikasjoner, og høytemperatur industrielle operasjoner.
2. Hva er ASTM B162 N02201 nikkellegering?
ASTM B162 N02201, ofte kjent som Nikkel 201, er en kommersielt ren nikkellegering standardisert for tallerken, ark, og strippeprodukter.
Det er i hovedsak en lavkarbon versjon av nikkel 200, med karboninnholdet redusert til maksimalt 0.02 vekt% for å øke motstanden mot Intergranulær korrosjon og termisk sprøhet under høytemperaturservice.
Nikkel 201 er preget av:
- Nikkelinnhold med høy renhet (≥99 vekt%), sikrer utmerket korrosjonsbestandighet i nøytral, alkalisk, og mildt oksiderende miljøer.
- Lavt karboninnhold, som hindrer dannelsen av nikkelkarbider ved korngrenser, opprettholde duktilitet og seighet under langvarig varmeeksponering.
- Utmerket formbarhet, gjør den egnet for dyptegning, spinning, og komplekse fabrikasjonsoperasjoner.
- Overlegen termisk stabilitet, tillater kontinuerlig drift ved høye temperaturer uten betydelig tap av mekaniske egenskaper.
3. Kjemisk sammensetning av nikkel 201
Nikkel 201 (US N02201) er en kommersielt ren nikkellegering med nøye kontrollerte urenheter og lavt karboninnhold for å forbedre ytelsen ved høye temperaturer og korrosjonsbestandigheten.
Den kjemiske sammensetningen er standardisert under ASTM B162 for å sikre konsistente egenskaper for industrielle applikasjoner.
| Element | Typisk innhold (vekt%) | Notater |
| Nikkel (I) | ≥ 99.0 | Baseelement, sikrer korrosjonsbestandighet og duktilitet |
| Karbon (C) | ≤ 0.02 | Lavt karboninnhold reduserer karbiddannelse, hindre intergranulær korrosjon |
| Stryke (Fe) | ≤ 0.40 | Gjenværende, liten påvirkning på korrosjonsbestandigheten |
| Kopper (Cu) | ≤ 0.25 | Urenhetsnivå, kan forbedre korrosjonsbestandigheten litt i spesifikke miljøer |
| Mangan (Mn) | ≤ 0.10 | Mindre urenhet, minimal effekt på mekaniske egenskaper |
| Silisium (Og) | ≤ 0.10 | Restelement, bidrar minimalt til oksidasjonsmotstanden |
| Svovel (S) | ≤ 0.01 | Kontrollert for å unngå sprøhet og opprettholde duktilitet |
| Fosfor (P) | ≤ 0.01 | Lavt fosfor sikrer god seighet og sveisbarhet |
Nøkkelinnsikt:
- Nikkel dominans: Over 99 vekt% nikkel sikrer utmerket kjemisk stabilitet i korrosive medier.
- Lavt karbon: ≤0,02 vekt% karbon forhindrer utfelling av nikkelkarbider ved korngrensene under langvarig bruk ved høye temperaturer, som er kritisk for Stress korrosjonsmotstand.
- Kontrollerte urenheter: Elementer som jern, kopper, og mangan holdes på minimale nivåer for å balansere kostnadene, Korrosjonsmotstand, og mekanisk ytelse.
4. Fysiske egenskaper til UNS N02201
| Eiendom | Verdi |
| Tetthet | 8.89 g/cm³ |
| Smelteområde | 1435–1446 °C |
| Termisk konduktivitet | 90 W/m · k |
| Elektrisk resistivitet | 7 μω · cm |
| Magnetisk permeabilitet | Litt magnetisk under 354 ° C. (Curie poeng) |
| Termisk ekspansjonskoeffisient | 13.3 μm/m · ° C. (20–100 ° C.) |
5. Mekaniske egenskaper til nikkel 201
Nikkel 201 (US N02201) viser en kombinasjon av Moderat styrke, Utmerket duktilitet, og seighet, gjør det til et allsidig materiale for krevende industrielle applikasjoner.
| Eiendom | Typisk verdi | Testtilstand / Notater |
| Strekkfasthet (σᵤ) | 480–620 MPa (70–90 ksi) | Annealed tilstand |
| Avkastningsstyrke (σ₀.₂) | 150–275 MPa (22–40 ksi) | 0.2% offset |
| Forlengelse (A₅₀) | 30–50 % | Målt på 50 MM måle lengde |
| Reduksjon av området (RA) | 55–65 % | Indikerer duktilitet og seighet |
| Hardhet (HRB) | 70–100 | Rockwell B-skala, glødet tilstand |
| Skjærstyrke | ~ 310 MPa | Typisk verdi for smidd produkt |
| Elastisitetsmodul (E) | 200 GPA | Kan sammenlignes med konstruksjonsstål |
| Poissons forhold | 0.31 | Standard for nikkellegeringer |
Mekaniske nøkkelegenskaper:
- Duktilitet: Nikkel 201 kan gjennomgå betydelig plastisk deformasjon før feil, gjør den egnet for forming, bøying, og dyptegningsoperasjoner.
- Seighet: Opprettholder utmerket bruddseighet over et bredt temperaturområde, fra kryogene forhold til ca 600 ° C..
- Arbeidsherding: Kan forsterkes gjennom kaldbearbeiding, gir fleksibilitet i design for mekaniske komponenter.
- Utmattelsesmotstand: Høy duktilitet og lave urenhetsnivåer bidrar til god tretthetsytelse i sykliske belastningsmiljøer.
6. Korrosjonsmotstand & Temperaturytelse
Nikkel 201 (US N02201) er høyt ansett for sin Eksepsjonell korrosjonsmotstand og Termisk stabilitet, spesielt i miljøer som inneholder nøytrale og reduserende kjemikalier.
Dens ytelse er overlegen mange kommersielle metaller på grunn av dens høy nikkelrenhet (≥ 99.5%) og Lavt karboninnhold (< 0.02%), som forhindrer sensibilisering og karbidutfelling ved høye temperaturer.
Korrosjonsmotstand
Nikkel 201 viser motstand mot et bredt spekter av etsende midler, gjør det til et valgfritt materiale Kjemisk prosessering, Marine, og applikasjoner med høy renhet.
| Miljø | Korrosjonsatferd | Kommentarer |
| Etsende alkalier (Naoh, KOH) | Glimrende | Minimal korrosjon selv ved koketemperaturer; brukes til kaustiske fordampere og varmevekslere. |
| Nøytral & Reduserer salter | Glimrende | Stabil i nøytralt klorid, sulfat, og nitratmiljøer. |
| Syrer (Saltsyre, Svovelholdig) | Moderat til godt | Motstandsdyktig i fortynnede konsentrasjoner; korrosjon øker med høyere surhet og temperatur. |
| Oksiderende miljøer (Salpetersyre, Halogener) | Fattig | Ikke egnet for sterke oksiderende syrer eller halogengasser; Nikkel 200/201 er utsatt for angrep. |
| Sjøvann & Saltlake | God | Fungerer godt under stillestående og flytende forhold, men ikke så godt som kobber-nikkel-legeringer i høyhastighets sjøvann. |
| Organiske forbindelser (Eddiksyre, maursyrer) | Glimrende | Stabil under mest eksponering av organisk syre, gjør den ideell for prosessutstyr i kjemisk industri. |
Motstandsmekanisme:
Nikkel 201s korrosjonsmotstand er avledet fra dannelsen av en tynn, vedheftende oksidfilm på overflaten, som passiviserer metallet og hemmer videre angrep.
Dens lave karboninnhold forhindrer Intergranulær korrosjon, sikrer lang levetid i termiske sykling- eller sveisemiljøer.
Temperaturytelse
Nikkel 201 beholder mekanisk integritet og kjemisk stabilitet over et bredt temperaturspekter, fra kryogen til moderat høy temperatur forhold.
| Temperaturområde | Oppførsel | Typiske applikasjoner |
| −200 °C til 0 ° C. | Enestående seighet og duktilitet | Kryogene lagringskar, håndteringssystemer for flytende gass |
| Ambient til 300 ° C. | Opprettholder styrke og korrosjonsbestandighet | Kjemisk utstyr og matforedlingsutstyr |
| 300 ° C til 600 ° C. | Stabil mot grafitisering (i motsetning til nikkel 200) | Varmevekslere, ovnkomponenter |
| > 600 ° C. | Gradvis reduksjon i styrke; risikoen for oksidasjon øker | Begrenset bruk, beskyttende belegg anbefales |
Nøkkelfordel fremfor nikkel 200:
Nikkel 201s lavere karbonnivå (< 0.02%) forbedrer den betraktelig grafitiseringsmotstand, muliggjør sikker drift opp til 600 ° C. uten sprøhet – mens nikkel 200 er vanligvis begrenset til 315 ° C..
7. Fabrikasjon, Danner, og varmebehandling
Nikkel 201 (US N02201) er høyt verdsatt i fabrikasjonsindustrien for sin Utmerket formbarhet, sveisbarhet, og termisk stabilitet.
Dens lave karboninnhold (< 0.02 %) gjør den mindre utsatt for karbidutfelling under oppvarming, som forsterker dens bearbeidbarhet og motstand mot intergranulær korrosjon under forming og sveising.
Fabrikasjon og maskinbarhet
Nikkel 201 kan være lett tilvirket ved bruk av konvensjonelle metoder brukt for austenittiske rustfrie stål og andre høy-nikkel legeringer.
| Fremstillingsprosess | Egenskaper | Beste praksis |
| Maskinering | Gir rene overflater med moderat verktøyslitasje; litt hardere enn kobber, men mykere enn de fleste stål. | Bruk Høyhastighetsstål (HSS) eller Karbid-tippede verktøy, lave skjærehastigheter (15–25 m/I), og sjenerøs smøring. |
| Danner | Utmerket duktilitet i både varme og kalde forhold; minimal risiko for sprekkdannelse. | Utføre Kaldt arbeid ved romtemperatur for presisjonsforming. For tung forming, bruk varmbearbeiding mellom 870–1230 °C. |
| Skjæring / Stansing | Lett å kutte og stanse på grunn av moderat hardhet (~70-85HRB). | Bruk skarpe verktøy og tilstrekkelig klaring for å forhindre at kanten rives. |
| Smi | Ensartet kornstruktur opprettholdes under varmbearbeiding. | Varm opp gradvis til 1150–1230 °C, ferdig smiing ovenfor 870 ° C., etterfulgt av rask avkjøling. |
Maskinbarhetsindeks:
Nickel 201s bearbeidbarhet er vurdert til 20–25 % av friskjærende stål (Aisi 1212), som gjenspeiler behovet for skarpe verktøy, kontrollerte hastigheter, og jevn kjøling for å unngå arbeidsherding.
Dannende egenskaper
Nikkel 201'er høy duktilitet og moderat styrke gjør den ideell for dyptegning, spinning, og bøyeoperasjoner.
- Kaldforming: Legeringen viser minimal tilbakefjæring og tøyningsherding; post-forming gløding gjenoppretter duktiliteten.
- Varm forming: Effektiv mellom 870–1230 °C. Arbeid skal ikke utføres nedenfor 870 °C for å forhindre sprekker i overflaten.
- Glødekrav: Etter kraftig deformasjon eller kuldreduksjon (> 15 %), gløding anbefales for å lindre indre stress.
Typiske formingsapplikasjoner:
- Varmevekslerrør
- Kaustiske fordamperbrett
- Kjemiske prosessbeholdere
Sveising
Nikkel 201 utstillinger Utmerket sveisbarhet ved bruk av de fleste konvensjonelle prosesser:
- Foretrukne metoder: Gtaw (Tig), Gawn (MEG), Smaw, og motstandssveising.
- Fyllstoffmetaller: Vanligvis Nikkel 201 (ERNi-1) eller Nikkel 200 fyllstaver brukes.
- Forholdsregler:
-
- Forvarming er ikke påkrevd.
- Ettersveis varmebehandling er valgfri med mindre nødvendig for dimensjonskontroll.
- Unngå overdreven varmetilførsel for å forhindre kornvekst og oksidasjon.
Typisk sveiseytelse:
Strekkfastheten til sveisede skjøter forblir på ≥ 90 % av uedelt metall, og korrosjonsmotstanden er stort sett upåvirket hvis riktig skjerming opprettholdes.
Varmebehandling
Varmebehandling av nikkel 201 er først og fremst vant til gjenopprette duktiliteten, lindre indre stress, og foredle kornstrukturen etter fabrikasjon.
| Type varmebehandling | Temperaturområde | Kjølemetode | Hensikt |
| Annealing | 650–900 ° C. | Luft- eller vannkjøling | Avlaster belastning fra kaldt arbeid, gjenoppretter duktiliteten |
| Stress lindrer | 480–650 ° C. | Luftkjøling | Reduserer restspenning etter maskinering eller sveising |
| Løsning annealing | 760–870 ° C. | Rask slukking | Sikrer jevn mikrostruktur og korrosjonsbestandighet |
Forsiktighet:
Unngå langvarig eksponering ovenfor 600 ° C. i uren atmosfære for å forhindre overflateoksidasjon og forurensning.
8. Fordeler & Nikkels begrensninger 201 Nikkellegering
Nikkel 201 (US N02201) er en kommersielt rent smidd nikkel designet for å tilby overlegen ytelse i kjemisk aggressive og høytemperaturmiljøer.
Fordeler med nikkel 201
Nikkel 201s unike blanding av kjemisk renhet, duktilitet, og metallurgisk stabilitet gjør det til et av de mest pålitelige materialene for krevende industriell bruk.
| Kategori | Fordel | Teknisk forklaring / Fordel |
| Korrosjonsmotstand | Utmerket motstand mot kaustiske alkalier, nøytrale salter, og tørre gasser. | Spesielt motstandsdyktig mot natriumhydroksid, Kaliumhydroksyd, og vannfri ammoniakk - nikkeloksidfilmdannelse gir varig passivering. |
| Termisk stabilitet | Beholder mekaniske egenskaper opp til ~600 °C. | I motsetning til nikkel 200, som lider av grafitisering ovenfor 315 ° C., Nikkel 201s reduserte karbon (< 0.02 %) forhindrer karbidutfelling og intergranulær sprøhet. |
| Fabrikasjon og formbarhet | Enestående kulde- og varmarbeidsegenskaper. | Kan enkelt tegnes, spunnet, dypformet, eller smidd uten å sprekke; minimal arbeidsherding sammenlignet med rustfritt stål. |
| Sveisbarhet | Utmerket sveisbarhet med gass wolframbue (Gtaw), gass metallbue (Gawn), og motstandsmetoder. | Sveiseskjøter holder opptil 90–95 % av uedelt metallstyrke og korrosjonsbestandighet når riktig fyllstoff (ERNi-1) brukes. |
Elektrisk & Termisk konduktivitet |
Høy elektrisk ledningsevne (~ 22 % IACS) og varmeledningsevne (~61 W/m·K). | Ideell for elektriske komponenter, varmeelementer, og ledende kjemisk utstyr. |
| Magnetiske egenskaper | Ikke-magnetisk i annealert tilstand. | Egnet for følsomme magnetiske og instrumenteringsmiljøer. |
| Renhet og renslighet | > 99.6 % Ni-innhold sikrer minimal forurensning i prosesser med høy renhet. | Brukes i halvleder, mat, og farmasøytisk industri der metallisk forurensning må unngås. |
| Motstand mot reduserende miljøer | Stabil i hydrogen- og CO₂-atmosfære. | Opprettholder duktilitet og mekanisk integritet selv under eksponering for reduserende gasser. |
Nikkels begrensninger 201
Til tross for sine utmerkede egenskaper, Nikkel 201 er ikke en universallegering. Bruken er begrenset av mekaniske og miljømessige faktorer som må vurderes nøye under materialvalg.
| Kategori | Begrensning | Forklaring / Avbøtning |
| Mekanisk styrke | Relativt lav flytegrense (~60–90 MPa ved romtemperatur). | Ikke egnet for tunge strukturelle applikasjoner; ofte forsterket med utvendige støtter eller kledning. |
| Oksidasjonsmotstand | Moderat motstand i luft over 600 ° C.. | Langvarig eksponering ved høye temperaturer forårsaker overflateoksidasjon og avleiring; beskyttende belegg anbefales. |
| Koste | Høyere pris enn karbonstål eller rustfritt stål. | Berettiget kun i svært korrosive eller renhetskritiske miljøer. |
Svovel & Halogenidfølsomhet |
Utsatt for angrep i svovelholdige eller halogenmiljøer (F.eks., Cl2, HCl, Så₂). | Unngå bruk i klorholdige eller svovelholdige atmosfærer; velg nikkellegering 600 eller legering 625 i stedet. |
| Arbeidsherding | Arbeidsherder under kaldforming. | Krever mellomgløding for omfattende deformasjon. |
| Begrenset høytemperaturstyrke | Mister strekkfasthet raskt over 650 ° C.. | Bruk nikkelbaserte superlegeringer (F.eks., Inconel 600, Hastelloy C-22) for applikasjoner med høy stress eller forhøyede temperaturer. |
9. Applikasjoner av ASTM B162 N02201
Nikkel 201 er mye brukt i bransjer som krever korrosjonsbestandighet og formbarhet:
- Kjemisk prosessering: kaustisk sodafordampere, alkaliske tanker
- Marine applikasjoner: sjøvannsutstyr, offshore komponenter
- Varmevekslere & kondensatorer
- Luftfart: spinnende og tegnede komponenter
- Trykkfartøy & kjeler krever lavkarbon, korrosjonsbestandige materialer
10. Sammenligning med lignende nikkellegeringer
Nikkel 201 (US N02201) er en del av en familie av kommersielt rene nikkellegeringer som også inkluderer Nikkel 200 (UNS N02200) og flere Nikkelbaserte legeringer slik som Legering 400 (Monel 400), Legering 600 (Inconel 600), og Legering 625 (Inconel 625).
Sammenligningstabell – nikkel 201 vs. Andre nikkellegeringer
| Eiendom / Trekk | Nikkel 200 (UNS N02200) | Nikkel 201 (US N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inconel 600 (US N06600) | Inconel 625 (US N06625) |
| Nominell komposisjon (vekt%) | Er ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Er ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | I ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | I ~ 72, Cr ~ 15.5, Fe ~ 8 | I ~ 61, Cr ~ 21.5, Mo ~ 9, Nb + Hun ~ 3.6 |
| Smelteområde (° C.) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Maks servicetemp (° C.) | Opp til 315 ° C. | Opp til 600 ° C. | Opp til 550 ° C. | Opp til 1100 ° C. | Opp til 982 ° C. (krypbestandig) |
| Tetthet (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Strekkfasthet (MPA, Annealed) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Avkastningsstyrke (MPA, 0.2% offset) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Forlengelse (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Korrosjonsmotstand | Utmerket i alkalier; moderat i syrer | Utmerket i alkalier; forbedret ved høy T | Utmerket i sjøvann, flussyre | Utmerket til å oksidere & redusere media | Enestående i oksidering, redusere, og kloridmiljøer |
| Sveisbarhet / Formbarhet | Glimrende | Glimrende | God | God | Moderat (arbeidsherding) |
| Primære brukstilfeller | Lavtemperatur kaustiske systemer, matbehandling | Høytemperatur kaustisk service, kjemiske renhetssystemer | Marine, Pumpeskaft, HF-syreservice | Varmevekslere, ovnsrør, atomreaktorer | Luftfart, kjemisk prosess, Sjøvannsrør |
11. Konklusjon
Nikkel 201 (US N02201) under ASTM B162 er en høy renhet, lavkarbon nikkellegering som gir utmerket korrosjonsbestandighet, Termisk stabilitet, og formbarhet.
Den er spesielt egnet for kjemikalier, Marine, luftfart, og høytemperaturapplikasjoner der lavt karbon er avgjørende for å forhindre intergranulær sprøhet.
Mens mekanisk styrke er moderat, dens holdbarhet, Pålitelighet, og fabrikasjonsallsidighet gjør det til et foretrukket materiale i krevende industrielle miljøer.
Vanlige spørsmål
Hva er forskjellen mellom ASTM B162 N02201 og N02200?
Den primære forskjellen er karboninnholdet: N02201 har et maksimalt karbon på 0.02% (vs. 0.15% for N02201? Nei – riktig: N02200 har 0.15% maks C).
N02201s lave C forbedrer sveisbarheten og intergranulær korrosjonsmotstand, gjør det bedre for sveisede skjøter og kryogenikk. N02200 er lavere kostnad for ikke-sveisede applikasjoner.
Hva er maksimal driftstemperatur for N02201?
N02201 kan operere kontinuerlig ved opptil 600°C (1112° F.) mens du beholder >40% forlengelse. Over 600 ° C., strekkfastheten avtar raskt, begrense bruken til intermitterende eksponering.
Er N02201 sveisbar?
Ja—N02201 er lett sveisbar via GTAW (Tig) og gmaw (MEG) bruker N02201 fyllmetaller (ERNi-1/ENi-1).
Varmebehandling etter sveising er ikke nødvendig for de fleste bruksområder på grunn av lavt karboninnhold.
Hvordan fungerer N02201 i sjøvann?
N02201 viser utmerket sjøvannskorrosjonsbestandighet, med en korrosjonshastighet <0.02 mm/år – bedre enn 304 rustfritt stål (0.1 mm/år). Den er ideell for marine kjølesystemer.
Hvilke sertifiseringer har N02201 for matkontakt?
N02201 er i samsvar med FDA 21 CFR -del 177.2600 (matkontakt) og EU-forordningen (EC) Ingen.
1935/2004, gjør det trygt for mat- og farmasøytisk prosessutstyr.
Kan N02201 brukes i kryogene applikasjoner?
Ja—N02201 beholder høy duktilitet (forlengelse >40%) ved temperaturer så lave som -253°C (flytende hydrogen kokepunkt), gjør den egnet for kryogene drivstofftanker og superledende systemer.
