1. Introdução
Níquel 201 (EUA N02201) é uma liga de níquel comercialmente pura que é amplamente reconhecida por sua excepcional resistência à corrosão, excelente estabilidade térmica, e excelente formabilidade.
Especificado em ASTM B162 para prato, folha, e tira, Níquel 201 é essencialmente uma variante de baixo carbono do níquel 200.
A redução no teor de carbono aumenta significativamente a sua resistência à fragilização intergranular e mantém a integridade mecânica em temperaturas elevadas.
Sua combinação de pureza, ductilidade, e alta resistência à corrosão o torna um material essencial no processamento químico, ambientes marinhos, Aplicações aeroespaciais, e operações industriais de alta temperatura.
2. O que é liga de níquel ASTM B162 N02201?
ASTM B162 N02201, comumente conhecido como Níquel 201, é uma liga de níquel comercialmente pura padronizada para placa, folha, e tira produtos.
É essencialmente um versão de baixo carbono do níquel 200, com o teor de carbono reduzido a um máximo de 0.02 % em peso para aumentar a resistência a Corrosão intergranular e fragilização térmica durante serviço em alta temperatura.
Níquel 201 é caracterizado por:
- Teor de níquel de alta pureza (≥99% em peso), garantindo excelente resistência à corrosão em neutro, alcalino, e ambientes levemente oxidantes.
- Baixo teor de carbono, que evita a formação de carbonetos de níquel nos limites dos grãos, mantendo a ductilidade e a tenacidade durante a exposição prolongada ao calor.
- Excelente formabilidade, tornando-o adequado para estampagem profunda, fiação, e operações de fabricação complexas.
- Estabilidade térmica superior, permitindo operação contínua em temperaturas elevadas sem perda significativa de propriedades mecânicas.
3. Composição Química do Níquel 201
Níquel 201 (EUA N02201) é a liga de níquel comercialmente pura com impurezas cuidadosamente controladas e baixo teor de carbono para melhorar o desempenho em altas temperaturas e a resistência à corrosão.
A composição química é padronizada sob ASTM B162 para garantir propriedades consistentes para aplicações industriais.
| Elemento | Conteúdo típico (WT%) | Notas |
| Níquel (Em) | ≥ 99.0 | Elemento base, garante resistência à corrosão e ductilidade |
| Carbono (C) | ≤ 0.02 | O baixo teor de carbono reduz a formação de carboneto, evitando corrosão intergranular |
| Ferro (Fe) | ≤ 0.40 | Residual, influência menor na resistência à corrosão |
| Cobre (Cu) | ≤ 0.25 | Nível de impureza, pode melhorar ligeiramente a resistência à corrosão em ambientes específicos |
| Manganês (Mn) | ≤ 0.10 | Impureza menor, efeito mínimo nas propriedades mecânicas |
| Silício (E) | ≤ 0.10 | Elemento residual, contribui minimamente para a resistência à oxidação |
| Enxofre (S) | ≤ 0.01 | Controlado para evitar fragilização e manter a ductilidade |
| Fósforo (P) | ≤ 0.01 | Baixo teor de fósforo garante boa tenacidade e soldabilidade |
Insights principais:
- Domínio do Níquel: Sobre 99 % em peso de níquel garante excelente estabilidade química em meios corrosivos.
- Baixo carbono: O carbono ≤0,02% em peso evita a precipitação de carbonetos de níquel nos limites dos grãos durante serviço prolongado em alta temperatura, o que é crítico para Resistência à corrosão do estresse.
- Impurezas Controladas: Elementos como ferro, cobre, e o manganês são mantidos em níveis mínimos para equilibrar os custos, Resistência à corrosão, e desempenho mecânico.
4. Propriedades Físicas do UNS N02201
| Propriedade | Valor |
| Densidade | 8.89 g/cm³ |
| Faixa de fusão | 1435–1446 °C |
| Condutividade térmica | 90 W/m · k |
| Resistividade elétrica | 7 μΩ · cm |
| Permeabilidade magnética | Ligeiramente magnético abaixo 354 ° c (Ponto Curie) |
| Coeficiente de expansão térmica | 13.3 μm/m · ° C. (20–100 ° C.) |
5. Propriedades Mecânicas do Níquel 201
Níquel 201 (EUA N02201) apresenta uma combinação de força moderada, Excelente ductilidade, e resistência, tornando-o um material versátil para aplicações industriais exigentes.
| Propriedade | Valor típico | Condição de teste / Notas |
| Resistência à tracção (σᵤ) | 480–620 MPA (70–90 ksi) | Condição recozida |
| Força de escoamento (σ₀.₂) | 150–275 MPA (22–40 ksi) | 0.2% desvio |
| Alongamento (A₅₀) | 30–50 % | Medido em 50 MM Comprimento do medidor |
| Redução da área (RA) | 55–65 % | Indica ductilidade e tenacidade |
| Dureza (Hrb) | 70–100 | Escala Rockwell B, condição recozida |
| Força de cisalhamento | ~ 310 MPa | Valor típico para produto forjado |
| Módulo de elasticidade (E) | 200 GPA | Comparável aos aços estruturais |
| Proporção de Poisson | 0.31 | Padrão para ligas de níquel |
Principais características mecânicas:
- Ductilidade: Níquel 201 pode sofrer deformação plástica significativa antes da falha, tornando-o adequado para formar, flexão, e operações de estampagem profunda.
- Resistência: Mantém excelente tenacidade à fratura em uma ampla faixa de temperatura, desde condições criogênicas até aproximadamente 600 ° c.
- Trabalho endurecendo: Pode ser reforçado através de trabalho a frio, proporcionando flexibilidade no design de componentes mecânicos.
- Resistência à fadiga: Alta ductilidade e baixos níveis de impurezas contribuem para um bom desempenho à fadiga em ambientes de carregamento cíclico.
6. Resistência à corrosão & Desempenho da temperatura
Níquel 201 (EUA N02201) é altamente conceituado por sua resistência excepcional à corrosão e Estabilidade térmica, especialmente em ambientes contendo produtos químicos neutros e redutores.
Seu desempenho é superior a muitos metais comerciais devido ao seu alta pureza de níquel (≥ 99.5%) e baixo teor de carbono (< 0.02%), que evitam sensibilização e precipitação de carboneto em temperaturas elevadas.
Resistência à corrosão
Níquel 201 demonstra resistência a uma ampla gama de agentes corrosivos, tornando-o um material de escolha para Processamento químico, marinho, e aplicações de alta pureza.
| Ambiente | Comportamento de corrosão | Comentários |
| Álcalis Cáusticos (Naoh, KOH) | Excelente | Corrosão mínima mesmo em temperaturas de ebulição; usado para evaporadores cáusticos e trocadores de calor. |
| Neutro & Reduzindo Sais | Excelente | Estável em cloreto neutro, sulfato, e ambientes de nitrato. |
| Ácidos (Clorídrico, Sulfúrico) | Moderado a bem | Resistente em concentrações diluídas; a corrosão aumenta com maior acidez e temperatura. |
| Ambientes Oxidantes (Ácido nítrico, Halogênios) | Pobre | Não é adequado para ácidos oxidantes fortes ou gases halogéneos; Níquel 200/201 são propensos a atacar. |
| Água do mar & Salmoura | Bom | Apresenta bom desempenho em condições de estagnação e fluxo, mas não tão bem quanto ligas de cobre-níquel em água do mar em alta velocidade. |
| Compostos orgânicos (Acético, Ácidos fórmicos) | Excelente | Estável sob a maior parte da exposição a ácidos orgânicos, tornando-o ideal para equipamentos de processo na indústria química. |
Mecanismo de Resistência:
A resistência à corrosão do níquel 201 é derivada da formação de um afinar, filme de óxido aderente em sua superfície, que passiva o metal e inibe novos ataques.
Seu baixo teor de carbono evita Corrosão intergranular, garantindo longevidade em ambientes de ciclagem térmica ou soldagem.
Desempenho da temperatura
Níquel 201 mantém a integridade mecânica e a estabilidade química em um amplo espectro de temperatura, de criogênico a moderado de alta temperatura condições.
| Faixa de temperatura | Comportamento | Aplicações típicas |
| −200°C a 0 ° c | Excelente tenacidade e ductilidade | Recipientes de armazenamento criogênicos, sistemas de manuseio de gás líquido |
| Ambiente para 300 ° c | Mantém a resistência e a resistência à corrosão | Equipamentos de processamento químico e de alimentos |
| 300 ° C a 600 ° c | Estável contra grafitização (ao contrário do níquel 200) | Trocadores de calor, componentes do forno |
| > 600 ° c | Redução gradual da força; risco de oxidação aumenta | Uso limitado, revestimentos protetores recomendados |
Principal vantagem sobre o níquel 200:
Nível mais baixo de carbono do níquel 201 (< 0.02%) melhora significativamente a sua resistência à grafitização, permitindo uma operação segura até 600 ° c sem fragilização - enquanto o níquel 200 é normalmente limitado a 315 ° c.
7. Fabricação, Formação, e Tratamento Térmico
Níquel 201 (EUA N02201) é altamente valorizado na indústria de fabricação por sua Excelente formabilidade, soldabilidade, e estabilidade térmica.
Seu baixo teor de carbono (< 0.02 %) torna-o menos suscetível à precipitação de carboneto durante o aquecimento, o que potencializa a sua trabalhabilidade e resistência à corrosão intergranular durante a conformação e soldagem.
Fabricação e máquinabilidade
Níquel 201 pode ser facilmente fabricado usando métodos convencionais empregado para aços inoxidáveis austeníticos e outras ligas com alto teor de níquel.
| Processo de Fabricação | Características | Práticas recomendadas |
| Usinagem | Produz superfícies limpas com desgaste moderado da ferramenta; ligeiramente mais duro que o cobre, mas mais macio que a maioria dos aços. | Usar Aço de alta velocidade (HSS) ou Ferramentas com ponta de carboneto, baixas velocidades de corte (15–25m/I), e lubrificação generosa. |
| Formação | Excelente ductilidade em condições quentes e frias; risco mínimo de rachaduras. | Executar trabalho frio à temperatura ambiente para formação de precisão. Para conformação pesada, usar trabalho a quente entre 870–1230 °C. |
| Cisalhamento / Perfuração | Fácil de cortar e perfurar devido à dureza moderada (~70-85HRB). | Use ferramentas afiadas e folga adequada para evitar rasgos nas bordas. |
| Forjamento | Estrutura de grão uniforme mantida durante trabalho a quente. | Aqueça gradualmente até 1150–1230 °C, terminar de forjar acima 870 ° c, seguido de resfriamento rápido. |
ÍNDICE DE MACHINABILIDADE:
A usinabilidade do níquel 201 é avaliada em 20–25 % de aço de corte livre (Aisi 1212), refletindo a necessidade de ferramentas afiadas, velocidades controladas, e resfriamento consistente para evitar endurecimento por trabalho.
Características de formação
Níquel 201 alta ductilidade e resistência moderada torná-lo ideal para desenho profundo, fiação, e operações de dobra.
- Formação a frio: A liga apresenta retorno elástico e endurecimento por deformação mínimos; recozimento pós-formação restaura ductilidade.
- Formação a quente: Eficaz entre 870–1230 °C. O trabalho não deve ser feito abaixo 870 °C para evitar rachaduras na superfície.
- Requisito de recozimento: Após forte deformação ou redução a frio (> 15 %), recozimento é recomendado para aliviar o estresse interno.
Aplicações típicas de conformação:
- Tubulação de trocador de calor
- Bandejas de evaporador cáustico
- Vasos de processo químico
Soldagem
Níquel 201 exposições Excelente soldabilidade usando a maioria dos processos convencionais:
- Métodos preferidos: Gtaw (TIG), Gawn (MEU), SMAW, e soldagem por resistência.
- Metais de enchimento: Geralmente Níquel 201 (ERNi-1) ou Níquel 200 hastes de enchimento são usadas.
- Precauções:
-
- O pré-aquecimento é não é necessário.
- O tratamento térmico pós-soldagem é opcional a menos que seja necessário para controle dimensional.
- Evite a entrada excessiva de calor para evitar o crescimento e a oxidação dos grãos.
Desempenho típico de soldagem:
A resistência à tração das juntas soldadas permanece em ≥ 90 % do metal base, e a resistência à corrosão não é afetada em grande parte se a blindagem adequada for mantida.
Tratamento térmico
Tratamento térmico de níquel 201 é usado principalmente para restaurar a ductilidade, aliviar o estresse interno, e refinar a estrutura do grão após a fabricação.
| Tipo de tratamento térmico | Faixa de temperatura | Método de resfriamento | Propósito |
| Recozimento | 650–900 ° C. | Resfriamento a ar ou água | Alivia a tensão do trabalho a frio, restaura a ductilidade |
| Alívio do estresse | 480–650 ° C. | Resfriamento de ar | Reduz a tensão residual após usinagem ou soldagem |
| Recozimento da solução | 760–870 ° C. | Tanchamento rápido | Garante microestrutura uniforme e resistência à corrosão |
Cuidado:
Evite exposição prolongada acima 600 ° c em atmosferas impuras para evitar oxidação e contaminação da superfície.
8. Vantagens & Limitações do Níquel 201 Liga de níquel
Níquel 201 (EUA N02201) é a níquel forjado comercialmente puro projetado para oferecer desempenho superior em ambientes quimicamente agressivos e de alta temperatura.
Vantagens do Níquel 201
Mistura única de pureza química do Níquel 201, ductilidade, e estabilidade metalúrgica fazem dele um dos materiais mais confiáveis para uso industrial exigente.
| Categoria | Vantagem | Explicação Técnica / Beneficiar |
| Resistência à corrosão | Excelente resistência a álcalis cáusticos, sais neutros, e gases secos. | Particularmente resistente ao hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, e amônia anidra – a formação de filme de óxido de níquel fornece passivação durável. |
| Estabilidade térmica | Mantém propriedades mecânicas até ~600 °C. | Ao contrário do níquel 200, que sofre grafitização acima 315 ° c, Carbono reduzido do níquel 201 (< 0.02 %) evita a precipitação de carbonetos e a fragilização intergranular. |
| Fabrication and Formability | Outstanding cold- and hot-working characteristics. | Can be easily drawn, spun, deep-formed, or forged without cracking; minimal work-hardening compared to stainless steels. |
| Soldabilidade | Excellent weldability with gas tungsten arc (Gtaw), gas metal arc (Gawn), and resistance methods. | Weld joints retain up to 90–95 % of base-metal strength and corrosion resistance when proper filler (ERNi-1) is used. |
Elétrica & Condutividade térmica |
Alta condutividade elétrica (~ 22 % IACS) e condutividade térmica (~61 W/m·K). | Ideal for electrical components, heating elements, and conductive chemical equipment. |
| Propriedades magnéticas | Não magnético em condição recozida. | Suitable for sensitive magnetic and instrumentation environments. |
| Purity and Cleanliness | > 99.6 % Ni content ensures minimal contamination in high-purity processes. | Used in semiconductor, comida, and pharmaceutical industries where metallic contamination must be avoided. |
| Resistance to Reducing Environments | Stable in hydrogen and CO₂ atmospheres. | Mantém a ductilidade e a integridade mecânica mesmo durante a exposição a gases redutores. |
Limitações do Níquel 201
Apesar de suas excelentes características, Níquel 201 é não é uma liga universal. Seu uso é limitado por fatores mecânicos e ambientais que devem ser cuidadosamente avaliados durante a seleção do material.
| Categoria | Limitação | Explicação / Mitigação |
| Força mecânica | Resistência ao escoamento relativamente baixa (~60–90 MPa à temperatura ambiente). | Não é adequado para aplicações estruturais pesadas; muitas vezes reforçado com suportes externos ou revestimento. |
| Resistência a oxidação | Resistência moderada no ar acima 600 ° c. | A exposição prolongada a altas temperaturas causa oxidação e descamação da superfície; revestimentos protetores recomendados. |
| Custo | Custo mais alto que aço carbono ou aço inoxidável. | Justificado apenas em ambientes altamente corrosivos ou de pureza crítica. |
Enxofre & Sensibilidade de Haleto |
Suscetível a ataques em ambientes contendo enxofre ou halogênio (Por exemplo, Cl₂, Hcl, So₂). | Evite o uso em atmosferas cloradas ou contendo enxofre; selecione liga de níquel 600 ou liga 625 em vez de. |
| Trabalho endurecendo | Endurece durante a conformação a frio. | Requer recozimento intermediário para deformação extensa. |
| Resistência limitada a altas temperaturas | Perde a resistência à tração rapidamente acima 650 ° c. | Use superligas à base de níquel (Por exemplo, Inconel 600, Hastelloy C-22) para aplicações de alto estresse ou temperatura elevada. |
9. Aplicações de ASTM B162 N02201
Níquel 201 é amplamente utilizado em indústrias que exigem resistência à corrosão e conformabilidade:
- Processamento químico: evaporadores de soda cáustica, tanques alcalinos
- Marinho Aplicações: equipamento de água do mar, componentes offshore
- Trocadores de calor & condensadores
- Aeroespacial: componentes giratórios e desenhados
- Vasos de pressão & caldeiras exigindo baixo carbono, Materiais resistentes à corrosão
10. Comparação com ligas de níquel semelhantes
Níquel 201 (EUA N02201) faz parte de uma família de ligas de níquel comercialmente puras isso também inclui Níquel 200 (UNS N02200) e vários ligas à base de níquel como Liga 400 (Monel 400), Liga 600 (Inconel 600), e Liga 625 (Inconel 625).
Tabela Comparativa – Níquel 201 vs.. Outras ligas de níquel
| Propriedade / Recurso | Níquel 200 (UNS N02200) | Níquel 201 (EUA N02201) | Monel 400 (US N04400) | Inconel 600 (US N06600) | Inconel 625 (US N06625) |
| Composição nominal (WT%) | É ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | É ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | Em ~ 66, Cu ~ 31, Fé ~ 2 | Em ~ 72, Cr ~ 15.5, Fé ~ 8 | Em ~ 61, Cr ~ 21.5, Mo ~ 9, Nb + Ela ~ 3.6 |
| Faixa de fusão (° c) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Temperatura máxima do serviço (° c) | Até 315 ° c | Até 600 ° c | Até 550 ° c | Até 1100 ° c | Até 982 ° c (resistente à fluência) |
| Densidade (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Resistência à tracção (MPA, recozido) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Força de escoamento (MPA, 0.2% desvio) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Alongamento (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Resistência à corrosão | Excelente em álcalis; moderado em ácidos | Excelente em álcalis; melhorou em T alto | Excelente em água do mar, ácido fluorídrico | Excelente em oxidação & reduzindo mídia | Excelente em oxidação, reduzindo, e ambientes de cloreto |
| Soldabilidade / Formabilidade | Excelente | Excelente | Bom | Bom | Moderado (Trabalho endurecendo) |
| Casos de uso primários | Sistemas cáusticos de baixa temperatura, processamento de alimentos | Serviço cáustico de alta temperatura, sistemas de pureza química | Marinho, eixos da bomba, Serviço de ácido HF | Trocadores de calor, tubos de forno, Reatores nucleares | Aeroespacial, processo químico, tubulação de água do mar |
11. Conclusão
Níquel 201 (EUA N02201) sob ASTM B162 é um produto de alta pureza, liga de níquel com baixo teor de carbono que oferece excelente resistência à corrosão, Estabilidade térmica, e formabilidade.
É especialmente adequado para produtos químicos, marinho, Aeroespacial, e aplicações de alta temperatura onde o baixo carbono é fundamental para evitar a fragilização intergranular.
Embora a resistência mecânica seja moderada, sua durabilidade, confiabilidade, e versatilidade de fabricação fazem dele um material preferido em ambientes industriais exigentes.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre ASTM B162 N02201 e N02200?
A principal diferença é o conteúdo de carbono: N02201 tem um carbono máximo de 0.02% (vs.. 0.15% para N02201? Não, correto: N02200 tem 0.15% C máx.).
O baixo C do N02201 aumenta a soldabilidade e a resistência à corrosão intergranular, tornando-o melhor para juntas soldadas e criogenia. N02200 tem custo mais baixo para aplicações não soldadas.
Qual é a temperatura máxima de serviço para N02201?
N02201 pode operar continuamente em até 600°C (1112° f) enquanto retém >40% alongamento. Acima de 600 ° C., a resistência à tração diminui rapidamente, limitar o uso à exposição intermitente.
O N02201 é soldável?
Sim—N02201 é facilmente soldável via GTAW (TIG) e Gmaw (MEU) usando metais de adição N02201 (ERNi-1/ENi-1).
O tratamento térmico pós-soldagem não é necessário para a maioria das aplicações devido ao baixo teor de carbono.
Como funciona o N02201 na água do mar?
N02201 apresenta excelente resistência à corrosão da água do mar, com uma taxa de corrosão <0.02 mm/ano – superior a 304 aço inoxidável (0.1 mm/ano). É ideal para sistemas de refrigeração marítima.
Quais certificações o N02201 possui para contato com alimentos?
N02201 está em conformidade com a FDA 21 Parte cfr 177.2600 (contato com alimentos) e Regulamento da UE (CE) Não.
1935/2004, tornando-o seguro para equipamentos de processamento de alimentos e produtos farmacêuticos.
O N02201 pode ser usado em aplicações criogênicas?
Sim—N02201 mantém alta ductilidade (alongamento >40%) em temperaturas tão baixas quanto -253°C (ponto de ebulição do hidrogênio líquido), tornando-o adequado para tanques de combustível criogênicos e sistemas supercondutores.
