1. 介绍
镍 201 (美国N02201) 是一种商业纯镍合金，因其卓越的耐腐蚀性而受到广泛认可, 优异的热稳定性, 和出色的成型性.
指定于 ASTM B162 用于板材, 床单, 和条, 镍 201 本质上是镍的低碳变体 200.
碳含量的减少显着增强了其抗晶间脆化能力并在高温下保持机械完整性.
它的纯度组合, 延性, 高耐腐蚀性使其成为化学加工中必不可少的材料, 海洋环境, 航空航天应用, 和高温工业操作.
2. 什么是 ASTM B162 N02201 镍合金?
ASTM B162 N02201, 通常称为 镍 201, 是一种标准化的商业纯镍合金 盘子, 床单, 和带材产品.
它本质上是一个 低碳版镍 200, 碳含量减少到最大 0.02 wt% 增强抗性 晶间腐蚀 和 热脆化 高温使用期间.
镍 201 其特点是:
- 高纯度镍含量 (≥99重量%), 确保在中性条件下具有优异的耐腐蚀性, 碱, 和轻度氧化环境.
- 低碳含量, 防止在晶界处形成碳化镍, 在长时间受热期间保持延展性和韧性.
- 出色的表现性, 使其适合深拉, 旋转, 和复杂的制造操作.
- 卓越的热稳定性, 允许在高温下连续运行而不会显着损失机械性能.
3. 镍的化学成分 201
镍 201 (美国N02201) 是一个 商业纯镍合金 精心控制杂质和低碳含量，以提高高温性能和耐腐蚀性.
化学成分标准化如下 ASTM B162 确保工业应用的一致性能.
| 元素 | 典型内容 (wt％) | 笔记 |
| 镍 (在) | ≥ 99.0 | 基本元素, 确保耐腐蚀性和延展性 |
| 碳 (c) | ≤ 0.02 | 低碳含量减少碳化物形成, 防止晶间腐蚀 |
| 铁 (铁) | ≤ 0.40 | 残留, 对耐腐蚀性影响较小 |
| 铜 (铜) | ≤ 0.25 | 杂质含量, 可略微提高特定环境下的耐腐蚀性 |
| 锰 (Mn) | ≤ 0.10 | 微量杂质, 对机械性能的影响最小 |
| 硅 (和) | ≤ 0.10 | 残留元素, 对抗氧化性的贡献微乎其微 |
| 硫 (s) | ≤ 0.01 | 进行控制以避免脆化并保持延展性 |
| 磷 (p) | ≤ 0.01 | 低磷确保良好的韧性和焊接性 |
关键见解:
- 镍主导地位: 超过 99 wt% 镍确保在腐蚀性介质中具有出色的化学稳定性.
- 低碳: ≤0.02 wt% 的碳可防止长时间高温使用期间碳化镍在晶界处沉淀, 这对于 应力腐蚀性.
- 受控杂质: 铁等元素, 铜, 和锰保持在最低水平以平衡成本, 耐腐蚀性, 和机械性能.
4. UNS N02201 物理特性
| 性能特性 | 价值 |
| 密度 | 8.89 g/cm³ |
| 融化范围 | 1435–1446°C |
| 导热率 | 90 w/m·k |
| 电阻率 | 7 μΩ·cm |
| 磁导率 | 下面有点磁性 354 °C (居里点) |
| 热膨胀系数 | 13.3 μm/m·°C (20–100°C) |
5. 镍的机械性能 201
镍 201 (美国N02201) 展示了以下组合 中等力量, 出色的延展性, 和韧性, 使其成为适合苛刻工业应用的多功能材料.
| 性能特性 | 典型的价值 | 测试条件 / 笔记 |
| 抗拉强度 (σᵤ) | 480–620 MPA (70–90 ksi) | 退火状况 |
| 屈服强度 (σ₀.2) | 150–275 MPA (22–40 ksi) | 0.2% 抵消 |
| 伸长 (A₅₀) | 30–50 % | 测量于 50 MM量规长度 |
| 减少面积 (RA) | 55–65 % | 表示延展性和韧性 |
| 硬度 (HRB) | 70–100 | 洛氏B级, 退火状况 |
| 剪切力 | 〜310 MPA | 锻造产品的典型值 |
| 弹性模量 (e) | 200 GPA | 与结构钢相当 |
| 泊松比 | 0.31 | 镍合金标准 |
主要机械特性:
- 延性: 镍 201 在失效前可以经历显着的塑性变形, 使其适合成型, 弯曲, 和拉深操作.
- 韧性: 在很宽的温度范围内保持优异的断裂韧性, 从低温条件到大约 600 °C.
- 工作硬化: 可通过冷加工强化, 为机械部件的设计提供灵活性.
- 疲劳性抗性: 高延展性和低杂质含量有助于在循环载荷环境中实现良好的疲劳性能.
6. 耐腐蚀性 & 温度性能
镍 201 (美国N02201) 因其 特殊的耐腐蚀性 和 热稳定性, 特别是在含有中性和还原性化学物质的环境中.
由于它的特性，它的性能优于许多商业金属 高镍纯度 (≥ 99.5%) 和 低碳含量 (< 0.02%), 防止高温下的敏化和碳化物沉淀.
耐腐蚀性
镍 201 表现出对多种腐蚀剂的抵抗力, 使其成为首选材料 化学处理, 海洋, 和高纯度应用.
| 环境 | 腐蚀行为 | 评论 |
| 苛性碱 (Naoh, 氢氧化钾) | 出色的 | 即使在沸腾温度下腐蚀也最小; 用于碱蒸发器和热交换器. |
| 中性的 & 减少盐分 | 出色的 | 在中性氯化物中稳定, 硫酸盐, 和硝酸盐环境. |
| 酸 (盐酸, 硫酸) | 中度到良好 | 在稀浓度下具有抵抗力; 腐蚀随着酸度和温度的升高而增加. |
| 氧化环境 (硝酸, 卤素) | 贫穷的 | 不适用于强氧化酸或卤素气体; 镍 200/201 容易受到攻击. |
| 海水 & 盐水 | 良好 | 在静止和流动条件下表现良好，但在高速海水中表现不如铜镍合金. |
| 有机化合物 (醋酸, 甲酸) | 出色的 | 在大多数有机酸暴露下保持稳定, 使其成为化学工业过程设备的理想选择. |
耐药机制:
镍201的耐腐蚀性来自于镍201的形成 薄的, 粘附的氧化物膜 在表面, 钝化金属并抑制进一步的攻击.
其低碳含量可防止 晶间腐蚀, 确保在热循环或焊接环境中的使用寿命.
温度性能
镍 201 在宽温度范围内保持机械完整性和化学稳定性, 从 低温至中高温 状况.
| 温度范围 | 行为 | 典型的应用 |
| −200°C 至 0 °C | 出色的韧性和延展性 | 低温储存容器, 液化气处理系统 |
| 环境至 300 °C | 保持强度和耐腐蚀性 | 化工及食品加工设备 |
| 300 °C至 600 °C | 抗石墨化稳定 (与镍不同 200) | 热交换器, 炉子组件 |
| > 600 °C | 强度逐渐减弱; 氧化风险增加 | 使用有限, 推荐的保护涂层 |
相对于镍的主要优势 200:
镍201的低碳水平 (< 0.02%) 显着提高其 抗石墨化性, 实现安全操作高达 600 °C 无脆化——而镍 200 通常仅限于 315 °C.
7. 制造, 成型, 和热处理
镍 201 (美国N02201) 在制造行业中因其 出色的表现性, 可焊性, 和热稳定性.
其含碳量低 (< 0.02 %) 使其在加热过程中不易析出碳化物, 这增强了其 加工性和耐晶间腐蚀性 在成型和焊接过程中.
制造和可加工性
镍 201 可以 使用常规方法容易制造 用于奥氏体不锈钢和其他高镍合金.
| 制作流程 | 特征 | 最佳实践 |
| 加工 | 产生干净的表面和适度的刀具磨损; 比铜稍硬，但比大多数钢软. | 使用 高速钢 (HSS) 或者 碳化物的工具, 低切割速度 (15–25 m/I), 和充分的润滑. |
| 成型 | 在热和冷条件下均具有出色的延展性; 开裂风险最小. | 履行 冷工作 室温下精密成型. 用于重型成型, 使用 870–1230 °C 之间的热加工. |
| 剪切 / 冲孔 | 硬度适中，易于切割和冲孔 (~70-85HRB). | 使用锋利的工具和足够的间隙以防止边缘撕裂. |
| 锻造 | 热加工期间保持均匀的晶粒结构. | 逐渐加热至 1150–1230°C, 上面完成锻造 870 °C, 然后快速冷却. |
可加工性索引:
镍 201 的切削加工性额定为 20–25 % 易切削钢的 (AISI 1212), 反映了对锋利工具的需求, 控制速度, 和一致的冷却以避免加工硬化.
成型特性
镍201 高延展性和中等强度 使其成为深拉的理想选择, 旋转, 和弯曲操作.
- 冷形成: 该合金表现出最小的回弹和应变硬化; 成型后退火恢复延展性.
- 热形成: 有效之间 870–1230°C. 下面的工作不应该做 870 °C 防止表面开裂.
- 退火要求: 剧烈变形或冷变形后 (> 15 %), 建议退火以消除内应力.
典型的成型应用:
- 热交换器管
- 碱蒸发器托盘
- 化学工艺容器
焊接
镍 201 展览 出色的可焊性 使用最传统的工艺:
- 首选方法: GTAW (氩弧焊), 田 (我), Smaw, 和电阻焊.
- 填充金属: 常见 镍 201 (ERNi-1) 或者 镍 200 使用填充棒.
- 防范措施:
-
- 预热是 不需要.
- 焊后热处理是 选修的 除非尺寸控制需要.
- 避免过多的热量输入，以防止晶粒长大和氧化.
典型焊接性能:
焊接接头的拉伸强度保持在 ≥ 90 % 贱金属的, 如果保持适当的屏蔽，耐腐蚀性基本上不受影响.
热处理
镍的热处理 201 主要用于 恢复延展性, 缓解内部压力, 并细化晶粒结构 制作后.
| 热处理类型 | 温度范围 | 冷却方法 | 目的 |
| 退火 | 650–900°C | 风冷或水冷 | 缓解冷作业带来的压力, 恢复延展性 |
| 缓解压力 | 480–650°C | 风冷 | 减少机械加工或焊接后的残余应力 |
| 解决方案退火 | 760–870°C | 快速淬火 | 确保均匀的微观结构和耐腐蚀性 |
警告:
避免长时间暴露在上面 600 °C 在不纯净的气氛中防止表面氧化和污染.
8. 优点 & 镍的局限性 201 镍合金
镍 201 (美国N02201) 是一个 商业纯锻镍 旨在在化学侵蚀和高温环境中提供卓越的性能.
镍的优点 201
Nickel 201 独特的化学纯度混合物, 延性, 和冶金稳定性使其成为要求苛刻的工业用途最可靠的材料之一.
| 类别 | 优势 | 技术说明 / 益处 |
| 耐腐蚀性 | 优异的耐苛性碱性能, 中性盐, 和干燥气体. | 特别耐氢氧化钠, 氢氧化钾, 和无水氨——氧化镍膜的形成提供了持久的钝化. |
| 热稳定性 | 在高达 ~600 °C 的温度下保持机械性能. | 与镍不同 200, 其上面经历了石墨化 315 °C, 镍201的减碳 (< 0.02 %) 防止碳化物沉淀和晶间脆化. |
| 制造和成型性 | 出色的寒冷- 和热加工特性. | 可以轻松绘制, 纺成的, 深层的, 或锻造无裂纹; 与不锈钢相比，加工硬化程度最低. |
| 可焊性 | 钨极气体保护焊具有出色的可焊性 (GTAW), 气体金属电弧 (田), 和抵抗方法. | 焊缝保留高达 90–95 % 适当填充时母材强度和耐腐蚀性能 (ERNi-1) 被使用. |
电气 & 导热率 |
高电导率 (〜22 % IACS) 和导热率 (~61 W/m·K). | 电气元件的理想选择, 加热元件, 和导电化学设备. |
| 磁性特性 | 在退火状态下非磁性. | 适用于敏感的磁性和仪器仪表环境. |
| 纯度和清洁度 | > 99.6 % 镍含量确保高纯度工艺中的污染最小化. | 用于半导体, 食物, 和必须避免金属污染的制药行业. |
| 对还原环境的抵抗力 | 在氢气和二氧化碳气氛中稳定. | 即使暴露在还原性气体中也能保持延展性和机械完整性. |
镍的局限性 201
尽管具有优良的特性, 镍 201 是 不是通用合金. 它的使用受到机械和环境因素的限制，在材料选择过程中必须仔细评估这些因素.
| 类别 | 局限性 | 解释 / 减轻 |
| 机械强度 | 屈服强度相对较低 (室温下 ~60–90 MPa). | 不适合重型结构应用; 通常通过外部支撑或覆层进行加固. |
| 氧化抗性 | 上方空气阻力适中 600 °C. | 长时间暴露在高温下会导致表面氧化和结垢; 推荐的保护涂层. |
| 成本 | 成本比碳钢或不锈钢更高. | 仅在高腐蚀性或纯度关键的环境中才合理. |
硫 & 卤化物灵敏度 |
在含硫或卤素环境中容易受到侵蚀 (例如。, 氯气, HCl, 所以₂). | 避免在氯化或含硫气氛中使用; 选择镍合金 600 或合金 625 反而. |
| 工作硬化 | 冷成型过程中加工硬化. | 需要中间退火以进行大范围变形. |
| 高温强度有限 | 拉伸强度迅速丧失 650 °C. | 使用镍基高温合金 (例如。, inconel 600, Hastelloy C-22) 适用于高应力或高温应用. |
9. ASTM B162 N02201 的应用
镍 201 广泛应用于对耐腐蚀性和成型性有要求的行业:
- 化学处理: 烧碱蒸发器, 碱性罐
- 海军陆战队 申请: 海水设备, 离岸组件
- 热交换器 & 冷凝器
- 航天: 纺丝和拉伸部件
- 压力容器 & 锅炉 要求低碳, 耐腐蚀的材料
10. 与类似镍合金的比较
镍 201 (美国N02201) 是以下家庭的一员 商业纯镍合金 这还包括 镍 200 (UNS N02200) 和几个 镍基合金 例如 合金 400 (莫内尔 400), 合金 600 (inconel 600), 和 合金 625 (inconel 625).
比较表 – 镍 201 vs. 其他镍合金
| 性能特性 / 特征 | 镍 200 (UNS N02200) | 镍 201 (美国N02201) | 莫内尔 400 (US N04400) | inconel 600 (美国N06600) | inconel 625 (美国N06625) |
| 名义组成 (wt％) | 为≥ 99.5, c≤ 0.15 | 为≥ 99.6, c≤ 0.02 | 在~ 66, cu〜 31, 铁~ 2 | 在~ 72, 铬~ 15.5, 铁~ 8 | 在~ 61, 铬~ 21.5, 莫~ 9, NB + 她～ 3.6 |
| 融化范围 (°C) | 1435–1446 | 1435–1446 | 1300–1350 | 1354–1413 | 1290–1350 |
| 最大服务温度 (°C) | 到 315 °C | 到 600 °C | 到 550 °C | 到 1100 °C | 到 982 °C (抗蠕变) |
| 密度 (g/cm³) | 8.89 | 8.89 | 8.80 | 8.47 | 8.44 |
| 抗拉强度 (MPA, 退火) | 〜 370 | 〜 380 | 〜 550 | 〜 655 | 〜 827 |
| 屈服强度 (MPA, 0.2% 抵消) | 〜 105 | 〜 100 | 〜 240 | 〜 240 | 〜 414 |
| 伸长 (%) | 45 | 45 | 35 | 40 | 30 |
| 耐腐蚀性 | 耐碱性优良; 中等酸性 | 耐碱性优良; 高 T 时改善 | 在海水中表现优异, 氢氟酸 | 氧化性优异 & 减少媒体 | 出色的氧化性, 减少, 和氯化物环境 |
| 可焊性 / 形成性 | 出色的 | 出色的 | 良好 | 良好 | 一般 (工作硬化) |
| 主要用例 | 低温碱系统, 食品加工 | 高温苛性碱服务, 化学纯度系统 | 海军陆战队, 泵轴, 氢氟酸服务 | 热交换器, 炉管, 核反应堆 | 航天, 化学过程, 海水管道 |
11. 结论
镍 201 (美国N02201) 根据 ASTM B162 是一种高纯度, 低碳镍合金，具有优异的耐腐蚀性, 热稳定性, 和表现性.
它特别适用于化学, 海洋, 航天, 以及低碳对于防止晶间脆化至关重要的高温应用.
虽然机械强度适中, 它的耐用性, 可靠性, 和制造多功能性使其成为苛刻工业环境中的首选材料.
常见问题解答
ASTM B162 N02201 和 N02200 有什么区别?
主要区别在于碳含量: N02201 的最大碳含量为 0.02% (vs. 0.15% 适用于N02201? 不——正确: N02200有 0.15% 最大C).
N02201 的低 C 提高了焊接性和耐晶间腐蚀性, 使其更适合焊接接头和低温. N02200 对于非焊接应用来说成本较低.
N02201 的最高使用温度是多少?
N02201 可在高达 600°C 的温度下连续运行 (1112°f) 同时保留 >40% 伸长. 高于600°C, 拉伸强度迅速下降, 限制使用间歇性暴露.
N02201可焊接吗?
是 — N02201 可通过 GTAW 轻松焊接 (氩弧焊) 和Gmaw (我) 使用 N02201 填充金属 (ERNi-1/ENi-1).
由于碳含量较低，大多数应用不需要焊后热处理.
N02201在海水中的表现如何?
N02201表现出优异的耐海水腐蚀性能, 腐蚀速率 <0.02 毫米/年——优于 304 不锈钢 (0.1 mm/年). 它是船舶冷却系统的理想选择.
N02201 拥有哪些食品接触认证?
N02201符合FDA标准 21 CFR部分 177.2600 (食品接触) 和欧盟法规 (欧共体) 不.
1935/2004, 确保食品和药品加工设备的安全.
N02201可以用于低温应用吗?
是 — N02201 保留高延展性 (伸长 >40%) 温度低至 -253°C (液氢沸点), 使其适用于低温燃料箱和超导系统.
