1. Introduktion
Nickel 201 (US N02201) är en kommersiellt ren nickellegering som är allmänt känd för sin exceptionella korrosionsbeständighet, utmärkt termisk stabilitet, och enastående formbarhet.
Anges under ASTM B162 för tallrik, ark, och remsa, Nickel 201 är i huvudsak en lågkolhaltig variant av nickel 200.
Minskningen av kolhalten ökar avsevärt dess motståndskraft mot intergranulär försprödning och bibehåller mekanisk integritet vid förhöjda temperaturer.
Dess kombination av renhet, duktilitet, och hög korrosionsbeständighet gör det till ett viktigt material i kemisk bearbetning, marinmiljöer, flyg-, och högtemperaturindustriverksamhet.
2. Vad är ASTM B162 N02201 Nickellegering?
ASTM B162 N02201, allmänt känd som Nickel 201, är en kommersiellt ren nickellegering standardiserad för tallrik, ark, och strippprodukter.
Det är i huvudsak en lågkolhaltig version av nickel 200, med kolhalten reducerad till högst 0.02 vikt% för att öka motståndet mot intergranulär korrosion och termisk försprödning vid högtemperaturservice.
Nickel 201 kännetecknas av:
- Hög ren nickelhalt (≥99 viktprocent), säkerställer utmärkt korrosionsbeständighet i neutral, alkalisk, och milt oxiderande miljöer.
- Lågkolinnehåll, som förhindrar bildning av nickelkarbider vid korngränserna, bibehåller duktilitet och seghet under långvarig värmeexponering.
- Utmärkt formbarhet, vilket gör den lämplig för djupteckning, spinning, och komplexa tillverkningsoperationer.
- Överlägsen termisk stabilitet, möjliggör kontinuerlig drift vid förhöjda temperaturer utan betydande förlust av mekaniska egenskaper.
3. Kemisk sammansättning av nickel 201
Nickel 201 (US N02201) är en kommersiellt ren nickellegering med noggrant kontrollerade föroreningar och ett lågt kolinnehåll för att förbättra högtemperaturprestanda och korrosionsbeständighet.
Den kemiska sammansättningen är standardiserad under ASTM B162 för att säkerställa konsekventa egenskaper för industriella applikationer.
| Element | Typiskt innehåll (wt%) | Anteckningar |
| Nickel (I) | ≥ 99.0 | Baselement, säkerställer korrosionsbeständighet och duktilitet |
| Kol (C) | ≤. 0.02 | Lågt kolinnehåll minskar karbidbildningen, förhindrar intergranulär korrosion |
| Järn (Fe) | ≤. 0.40 | Resterande, liten påverkan på korrosionsbeständigheten |
| Koppar (Cu) | ≤. 0.25 | Föroreningsnivå, kan förbättra korrosionsbeständigheten något i specifika miljöer |
| Mangan (Mn) | ≤. 0.10 | Mindre orenhet, minimal effekt på mekaniska egenskaper |
| Kisel (Och) | ≤. 0.10 | Restelement, bidrar minimalt till oxidationsbeständigheten |
| Svavel (S) | ≤. 0.01 | Kontrolleras för att undvika sprödhet och bibehålla duktilitet |
| Fosfor (P) | ≤. 0.01 | Låg fosfor ger god seghet och svetsbarhet |
Nyckelinsikt:
- Nickel dominans: Över 99 viktprocent nickel säkerställer utmärkt kemisk stabilitet i korrosiva medier.
- Lågkol: ≤0,02 viktprocent kol förhindrar utfällning av nickelkarbider vid korngränserna under långvarig drift vid hög temperatur, vilket är avgörande för stresskorrosionsmotstånd.
- Kontrollerade föroreningar: Element som järn, koppar, och mangan hålls på minimala nivåer för att balansera kostnaden, korrosionsmotstånd, och mekanisk prestanda.
4. Fysiska egenskaper för UNS N02201
| Egendom | Värde |
| Densitet | 8.89 g/cm³ |
| Smältområde | 1435–1446 °C |
| Termisk konduktivitet | 90 W/m · k |
| Elektrisk resistivitet | 7 μω · cm |
| Magnetisk permeabilitet | Något magnetisk undertill 354 ° C (Curie poäng) |
| Termisk expansionskoefficient | 13.3 μm/m · ° C (20–100 ° C) |
5. Mekaniska egenskaper hos nickel 201
Nickel 201 (US N02201) uppvisar en kombination av måttlig styrka, Utmärkt duktilitet, och seghet, vilket gör det till ett mångsidigt material för krävande industriella applikationer.
| Egendom | Typiskt värde | Testvillkor / Anteckningar |
| Dragstyrka (σᵤ) | 480–620 MPa (70–90 ksi) | Lyrat tillstånd |
| Avkastningsstyrka (σ₀.₂) | 150–275 MPa (22–40 ksi) | 0.2% offset |
| Förlängning (A₅₀) | 30–50 % | Mätt på 50 mm mätlängd |
| Områdesreduktion (RA) | 55–65 % | Indikerar duktilitet och seghet |
| Hårdhet (Hrb) | 70–100 | Rockwell B skala, lyrat tillstånd |
| Skjuvhållfasthet | ~ 310 MPA | Typiskt värde för smidesprodukt |
| Elasticitetsmodul (E) | 200 Gpa | Jämförbart med konstruktionsstål |
| Poissons förhållande | 0.31 | Standard för nickellegeringar |
Mekaniska nyckelegenskaper:
- Duktilitet: Nickel 201 kan genomgå betydande plastisk deformation innan fel, gör den lämplig för formning, böjning, och djupritningsoperationer.
- Seghet: Bibehåller utmärkt brottseghet över ett brett temperaturområde, från kryogena förhållanden till ungefär 600 ° C.
- Arbetet härdning: Kan förstärkas genom kallbearbetning, ger flexibilitet i design för mekaniska komponenter.
- Trötthetsmotstånd: Hög duktilitet och låga föroreningsnivåer bidrar till god utmattningsprestanda i cykliska belastningsmiljöer.
6. Korrosionsmotstånd & Temperaturprestanda
Nickel 201 (US N02201) är högt ansedd för sin exceptionell korrosionsmotstånd och termisk stabilitet, speciellt i miljöer som innehåller neutrala och reducerande kemikalier.
Dess prestanda är överlägsen många kommersiella metaller på grund av dess hög nickelrenhet (≥ 99.5%) och lågkolinnehåll (< 0.02%), som förhindrar sensibilisering och karbidutfällning vid förhöjda temperaturer.
Korrosionsmotstånd
Nickel 201 visar motståndskraft mot ett brett spektrum av frätande ämnen, gör det till ett valfritt material kemisk bearbetning, marin, och applikationer med hög renhet.
| Miljö | Korrosionsbeteende | Kommentarer |
| Frätande alkalier (Naoh, KOH) | Excellent | Minimal korrosion även vid koktemperaturer; används för kaustiska förångare och värmeväxlare. |
| Neutral & Reducerar salter | Excellent | Stabil i neutral klorid, sulfat, och nitratmiljöer. |
| Syror (Saltsyra, Svavel) | Måttlig till god | Resistent i utspädda koncentrationer; korrosion ökar med högre surhet och temperatur. |
| Oxiderande miljöer (Salpetersyra, Halogener) | Dålig | Ej lämplig för starkt oxiderande syror eller halogengaser; Nickel 200/201 är benägna att attackera. |
| Havsvatten & Saltvatten | Bra | Fungerar bra under stillastående och flytande förhållanden men inte lika bra som koppar-nickellegeringar i höghastighetshavsvatten. |
| Organiska föreningar (Ättik, Myrsyror) | Excellent | Stabil under mest exponering för organiska syror, vilket gör den idealisk för processutrustning inom den kemiska industrin. |
Motståndsmekanism:
Nickel 201:s korrosionsbeständighet härrör från bildandet av en tunn, vidhäftande oxidfilm på ytan, som passiverar metallen och hämmar ytterligare angrepp.
Dess låga kolhalt förhindrar intergranulär korrosion, säkerställer lång livslängd i termisk cykling eller svetsmiljöer.
Temperaturprestanda
Nickel 201 bibehåller mekanisk integritet och kemisk stabilitet över ett brett temperaturspektrum, från kryogen till måttlig hög temperatur villkor.
| Temperaturområde | Beteende | Typiska applikationer |
| −200 °C till 0 ° C | Enastående seghet och duktilitet | Kryogena lagringskärl, hanteringssystem för flytande gas |
| Ambient till 300 ° C | Behåller styrka och korrosionsbeständighet | Kemi- och livsmedelsutrustning |
| 300 ° C till 600 ° C | Stabil mot grafitisering (till skillnad från nickel 200) | Värmeväxlare, ugnskomponenter |
| > 600 ° C | Gradvis minskning av styrkan; risken för oxidation ökar | Begränsad användning, skyddsbeläggningar rekommenderas |
Nyckelfördel framför nickel 200:
Nickel 201:s lägre kolhalt (< 0.02%) förbättrar dess avsevärt grafiteringsmotstånd, möjliggör säker drift upp till 600 ° C utan sprödhet — medan nickel 200 är vanligtvis begränsad till 315 ° C.
7. Tillverkning, Formning, och värmebehandling
Nickel 201 (US N02201) är högt värderad inom tillverkningsindustrin för sin Utmärkt formbarhet, svetbarhet, och termisk stabilitet.
Dess låga kolhalt (< 0.02 %) gör det mindre känsligt för karbidutfällning under uppvärmning, vilket förstärker dess bearbetbarhet och motståndskraft mot intergranulär korrosion under formning och svetsning.
Tillverkning och bearbetbarhet
Nickel 201 kan vara lätt att tillverka med konventionella metoder används för austenitiska rostfria stål och andra högnickellegeringar.
| Tillverkningsprocess | Egenskaper | Bästa praxis |
| Bearbetning | Ger rena ytor med måttligt verktygsslitage; något hårdare än koppar men mjukare än de flesta stål. | Använda höghastighetsstål (Hss) eller karbid-tippade verktyg, låga skärhastigheter (15–25 m/I), och generös smörjning. |
| Formning | Utmärkt duktilitet i både varma och kalla förhållanden; minimal risk för sprickbildning. | Utföra kallt arbete vid rumstemperatur för precisionsformning. För kraftig formning, använda varmbearbetning mellan 870–1230 °C. |
| Klippning / Stansning | Lätt att skära och stansa på grund av måttlig hårdhet (~70-85HRB). | Använd vassa verktyg och tillräckligt fritt utrymme för att förhindra att kanten rivs sönder. |
| Smidning | Enhetlig kornstruktur bibehålls under varmbearbetning. | Värm gradvis till 1150–1230 °C, avsluta smide ovan 870 ° C, följt av snabb kylning. |
Bearbetningsindex:
Nickel 201:s bearbetbarhet är klassad till 20–25 % av friskärande stål (Aisi 1212), vilket speglar behovet av vassa verktyg, kontrollerade hastigheter, och konsekvent kylning för att undvika arbetshärdning.
Bildande egenskaper
Nickel 201:or hög duktilitet och måttlig hållfasthet gör den idealisk för djupteckning, spinning, och bockningsoperationer.
- Kallformning: Legeringen uppvisar minimal återfjädring och töjningshärdning; efterformande glödgning återställer duktiliteten.
- Varmformning: Effektiv mellan 870–1230 °C. Arbete bör inte utföras nedan 870 °C för att förhindra ytsprickor.
- Glödgningskrav: Efter kraftig deformation eller köldreduktion (> 15 %), glödgning rekommenderas för att lindra inre stress.
Typiska formningsapplikationer:
- Värmeväxlare slang
- Kaustikförångare
- Kemiska processkärl
Svetsning
Nickel 201 utställningar Utmärkt svetsbarhet med de flesta konventionella processer:
- Föredragna metoder: Gtaw (Tigga), Gäver (MIG), Smaw, och motståndssvetsning.
- Fyllmedelsmetaller: Allmänt Nickel 201 (ERNi-1) eller Nickel 200 fyllnadsstavar används.
- Försiktighetsåtgärder:
-
- Förvärmning är inte krävs.
- Eftersvets värmebehandling är frivillig såvida det inte krävs för dimensionskontroll.
- Undvik överdriven värmetillförsel för att förhindra korntillväxt och oxidation.
Typisk svetsprestanda:
Draghållfastheten hos svetsfogar kvarstår vid ≥ 90 % av basmetallen, och korrosionsbeständigheten är i stort sett opåverkad om korrekt skärmning bibehålls.
Värmebehandling
Värmebehandling av nickel 201 är främst van vid återställa duktiliteten, lindra inre stress, och förfina kornstrukturen efter tillverkning.
| Typ av värmebehandling | Temperaturområde | Kylmetod | Ändamål |
| Glödgning | 650–900 ° C | Luft- eller vattenkylning | Lindrar påfrestningar från kallt arbete, återställer duktiliteten |
| Stressavlastande | 480–650 ° C | Luftkylning | Minskar restspänningar efter bearbetning eller svetsning |
| Lösning glödgning | 760–870 ° C | Snabb släckning | Säkerställer enhetlig mikrostruktur och korrosionsbeständighet |
Försiktighet:
Undvik långvarig exponering ovan 600 ° C i orena atmosfärer för att förhindra ytoxidation och kontaminering.
8. Fördelar & Begränsningar för nickel 201 Nicklegering
Nickel 201 (US N02201) är en kommersiellt rent bearbetat nickel designad för att erbjuda överlägsen prestanda i kemiskt aggressiva och högtemperaturmiljöer.
Fördelar med nickel 201
Nickel 201s unika blandning av kemisk renhet, duktilitet, och metallurgisk stabilitet gör det till ett av de mest pålitliga materialen för krävande industriell användning.
| Kategori | Fördel | Teknisk förklaring / Förmån |
| Korrosionsmotstånd | Utmärkt motståndskraft mot frätande alkalier, neutrala salter, och torra gaser. | Särskilt motståndskraftig mot natriumhydroxid, kaliumhydroxid, och vattenfri ammoniak – nickeloxidfilmbildning ger varaktig passivering. |
| Termisk stabilitet | Behåller mekaniska egenskaper upp till ~600 °C. | Till skillnad från Nickel 200, som lider av grafitisering ovan 315 ° C, Nickel 201:s reducerade kol (< 0.02 %) förhindrar karbidutfällning och intergranulär försprödning. |
| Tillverkning och formbarhet | Enastående kyla- och varmarbetande egenskaper. | Kan enkelt ritas, spunnen, djupformad, eller smidd utan att spricka; minimal arbetshärdning jämfört med rostfria stål. |
| Svetbarhet | Utmärkt svetsbarhet med gasvolframbåge (Gtaw), gasmetallbåge (Gäver), och motståndsmetoder. | Svetsfogar håller upp till 90–95 % av basmetallstyrka och korrosionsbeständighet när det är lämpligt fyllmedel (ERNi-1) används. |
Elektrisk & Termisk konduktivitet |
Hög elektrisk konduktivitet (~ 22 % Iacs) och värmeledningsförmåga (~61 W/m·K). | Idealisk för elektriska komponenter, värmeelement, och ledande kemisk utrustning. |
| Magnetiska egenskaper | Icke-magnetiskt i glödgat skick. | Lämplig för känsliga magnetiska och instrumenterade miljöer. |
| Renhet och renlighet | > 99.6 % Ni-innehåll säkerställer minimal kontaminering i processer med hög renhet. | Används i halvledare, mat, och läkemedelsindustrier där metallisk kontaminering måste undvikas. |
| Motstånd mot reducerande miljöer | Stabil i väte- och CO₂-atmosfärer. | Bibehåller duktilitet och mekanisk integritet även under exponering för reducerande gaser. |
Begränsningar för nickel 201
Trots sina utmärkta egenskaper, Nickel 201 är inte en universallegering. Dess användning begränsas av mekaniska och miljömässiga faktorer som måste utvärderas noggrant vid materialval.
| Kategori | Begränsning | Förklaring / Minskning |
| Mekanisk styrka | Relativt låg sträckgräns (~60–90 MPa vid rumstemperatur). | Inte lämplig för tunga strukturella applikationer; ofta förstärkt med yttre stöd eller beklädnad. |
| Oxidationsmotstånd | Måttligt motstånd i luft ovanför 600 ° C. | Långvarig exponering vid höga temperaturer orsakar ytoxidation och fjällning; skyddsbeläggningar rekommenderas. |
| Kosta | Högre kostnad än kolstål eller rostfritt stål. | Berättigad endast i mycket frätande eller renhetskritiska miljöer. |
Svavel & Halidkänslighet |
Mottaglig för angrepp i svavelhaltiga eller halogenmiljöer (TILL EXEMPEL., Cl2, Hcl, Så ₂). | Undvik användning i klorerade eller svavelhaltiga atmosfärer; välj Nickellegering 600 eller legering 625 i stället. |
| Arbetet härdning | Arbetshärdar vid kallformning. | Kräver mellanglödgning för omfattande deformation. |
| Begränsad styrka vid hög temperatur | Tappar draghållfastheten snabbt ovanför 650 ° C. | Använd nickelbaserade superlegeringar (TILL EXEMPEL., Ocny 600, Hastelloy C-22) för applikationer med hög stress eller förhöjd temperatur. |
9. Tillämpningar av ASTM B162 N02201
Nickel 201 används ofta i industrier som kräver korrosionsbeständighet och formbarhet:
- Kemisk bearbetning: kaustiksodaförångare, alkaliska tankar
- Marin ansökningar: havsvattenutrustning, offshorekomponenter
- Värmeväxlare & kondensatorer
- Flyg-: spinnande och ritade komponenter
- Tryckkärl & panna kräver lågkolhalt, korrosionsbeständiga material
10. Jämförelse med liknande nickellegeringar
Nickel 201 (US N02201) är en del av en familj av kommersiellt rena nickellegeringar som också inkluderar Nickel 200 (UNS N02200) och flera nickelbaserade legeringar såsom Legering 400 (Monel 400), Legering 600 (Ocny 600), och Legering 625 (Ocny 625).
Jämförelsetabell – Nickel 201 mot. Andra nickellegeringar
| Egendom / Särdrag | Nickel 200 (UNS N02200) | Nickel 201 (US N02201) | Monel 400 (US N04400) | Ocny 600 (USA N06600) | Ocny 625 (US N06625) |
| Nominell sammansättning (wt%) | Är ≥ 99.5, C ≤ 0.15 | Är ≥ 99.6, C ≤ 0.02 | I ~ 66, Cu ~ 31, Fe ~ 2 | I ~ 72, Cr ~ 15.5, Fe ~ 8 | I ~ 61, Cr ~ 21.5, Må ~ 9, Bent + Hon ~ 3.6 |
| Smältområde (° C) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| Max Service Temp (° C) | Fram till 315 ° C | Fram till 600 ° C | Fram till 550 ° C | Fram till 1100 ° C | Fram till 982 ° C (krypbeständig) |
| Densitet (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| Dragstyrka (MPA, glödgad) | ~ 370 | ~ 380 | ~ 550 | ~ 655 | ~ 827 |
| Avkastningsstyrka (MPA, 0.2% offset) | ~ 105 | ~ 100 | ~ 240 | ~ 240 | ~ 414 |
| Förlängning (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| Korrosionsmotstånd | Utmärkt i alkalier; måttlig i syror | Utmärkt i alkalier; förbättrats vid högt T | Utmärkt i havsvatten, fluorvätesyra | Utmärkt för att oxidera & reducerande media | Enastående i oxiderande, reducerande, och kloridmiljöer |
| Svetbarhet / Formbarhet | Excellent | Excellent | Bra | Bra | Måttlig (Arbetet härdning) |
| Primära användningsfall | Lågtemperatur kaustiksystem, matbearbetning | Högtemperatur frätande service, kemiska renhetssystem | Marin, pumpaxlar, HF-syratjänst | Värmeväxlare, ugnsrör, kärnreaktorer | Flyg-, kemisk process, havsvattenrör |
11. Slutsats
Nickel 201 (US N02201) enligt ASTM B162 är en hög renhet, nickellegering med låg kolhalt som erbjuder utmärkt korrosionsbeständighet, termisk stabilitet, och formbarhet.
Det är speciellt lämpat för kemikalier, marin, flyg, och högtemperaturapplikationer där lågt kol är avgörande för att förhindra intergranulär försprödning.
Medan den mekaniska styrkan är måttlig, dess hållbarhet, pålitlighet, och tillverkningsmångsidighet gör det till ett föredraget material i krävande industriella miljöer.
Vanliga frågor
Vad är skillnaden mellan ASTM B162 N02201 och N02200?
Den primära skillnaden är kolhalten: N02201 har ett maximalt kol på 0.02% (mot. 0.15% för N02201? Nej – korrekt: N02200 har 0.15% max C).
N02201:s låga C förbättrar svetsbarheten och intergranulär korrosionsbeständighet, vilket gör det bättre för svetsfogar och kryogenik. N02200 är lägre kostnad för icke-svetsade applikationer.
Vad är den maximala drifttemperaturen för N02201?
N02201 kan arbeta kontinuerligt vid upp till 600°C (1112° F) samtidigt som man behåller >40% förlängning. Över 600 ° C, draghållfastheten minskar snabbt, begränsa användningen till intermittent exponering.
Är N02201 svetsbar?
Ja—N02201 är lätt svetsbar via GTAW (Tigga) och gmaw (MIG) använder N02201 tillsatsmetaller (ERNi-1/ENi-1).
Värmebehandling efter svetsning krävs inte för de flesta applikationer på grund av lågt kolinnehåll.
Hur fungerar N02201 i havsvatten?
N02201 uppvisar utmärkt havsvattenkorrosionsbeständighet, med korrosionshastighet <0.02 mm/år — bättre än 304 rostfritt stål (0.1 mm/år). Den är idealisk för marina kylsystem.
Vilka certifieringar har N02201 för kontakt med livsmedel?
N02201 överensstämmer med FDA 21 CFR 177.2600 (matkontakt) och EU-förordningen (EC) Inga.
1935/2004, vilket gör det säkert för livsmedels- och läkemedelsutrustning.
Kan N02201 användas i kryogena applikationer?
Ja—N02201 bibehåller hög duktilitet (förlängning >40%) vid temperaturer så låga som -253°C (flytande väte kokpunkt), vilket gör den lämplig för kryogena bränsletankar och supraledande system.
