Нікель 200 проти нікелю 201: низький вміст вуглецю та висока-температура обслуговування

Нікель 200 і нікель 201 є комерційно чистим (мінімум 99,6%) обробленим нікелем, але невелика різниця у вмісті вуглецю - значно менше одного відсотка - визначає, чи залишиться компонент пластичним, чи стане крихким при високій температурі. Цей посібник пояснює, що саме означає ця різниця для вибору матеріалу, виготовлення та терміну служби.

Яка основна різниця між нікелем 200 і нікелем 201?

Нікель 200 (UNS N02200) і нікель 201 (UNS N02201) є комерційно чистими обробленими нікелевими сплавами з однаковим основним складом, але нікель 201 має набагато нижчий максимальний вміст вуглецю - 0.02% порівняно з 0,15% для нікелю 200 -, що запобігає окрихченню графіту при високій температурі та робить нікель 201 необхідний вибір для безперервної роботи вище 600 градусів F (315 градусів).

Обидва сорти містять принаймні 99,0% нікелю (зазвичай 99,6% або вище в комерційних продуктах), з невеликими, суворо контрольованими добавками марганцю, заліза та міді. Вуглець є єдиним елементом, вміст якого в нікелі 201 навмисно обмежений набагато нижче його нормального рівня, тому що за високої температури вуглець поводиться зовсім по-різному в цих двох сортах -, що реально впливає на міцність і міцність.

Таблиця 1. Обмеження хімічного складу відповідно до ASTM B160 / B162 (значення є масовими відсотками).

Для чого найкраще використовувати нікель 200?

Нікель 200 найкраще підходить для кімнатних- і помірних-температур, які вимагають чудової корозійної стійкості, високої тепло- та електропровідності та простоти виготовлення -, включаючи роботу з каустичною содою, харчову обробку, електронні та електричні компоненти.

Більш високий допустимий вміст вуглецю в нікелі 200 не є недоліком -, це просто означає, що сорт ніколи не призначався для тривалого використання при високих-температурах. При температурі нижче приблизно 600 градусів за Фаренгейтом (315 градусів) вміст вуглецю не має суттєвого впливу на механічну поведінку, тому нікель 200 працює чудово й зазвичай коштує менше, ніж більш жорстко-контрольований нікель 201.

Типове застосування нікелю 200

• Обладнання для обробки каустичної соди (гідроксиду натрію) і лугів
• Харчове{0}}обладнання, яке потребує низького забруднення металами
• Електричні та електронні компоненти (провідники, роз'єми, екранування)
• Хімічні транспортувальні бочки та сумки для -продуктів високої чистоти
• Морські та прісноводні компоненти нижче 600 градусів F (315 градусів )

Що таке нікель 201 і чому він використовується при високих температурах?

Нікель 201це низько{0}}вуглецева версія комерційно чистого нікелю, виготовлена ​​спеціально для протистояння графітизації та окрихченню вище 600 градусів за Фаренгейтом (315 градусів), що робить його стандартним сортом для деталей печей, високо{3}}температурного технологічного обладнання та будь-яких нікелевих компонентів, які зазнають постійного нагрівання під час експлуатації.

При температурах вище приблизно 600 градусів F (315 градусів) вуглець у нікелі 200 може випадати з твердого розчину у вигляді графіту, концентруючись на межах зерен.

Цей графітовий вуглець не зміцнює метал так, як карбіди зміцнюють сталь -, натомість він утворює мережу слабких місць, що різко знижує пластичність і ударну в’язкість, тип руйнування, який зазвичай називають високо-температурною крихкістю. Оскільки вміст вуглецю в нікелі 201 обмежений 0,02%, недостатньо вуглецю, щоб утворити шкідливу графітову сітку, тому сплав зберігає свою пластичність і міцність навіть після тривалого високо-температурного впливу.

Типове застосування нікелю 201

• Компоненти печей і пристосування-для термообробки
• Каустичні випарники та високотемпературні{0}}луги
• Обладнання електронної трубки та-вакуумної печі
• Обладнання для хімічної обробки, що працює при температурі вище 600 градусів F (315 градусів )
• Зварні вузли, які після-зварювання чи під час-експлуатації нагріваються вище 600 градусів F (315 градусів )

Як вміст вуглецю спричиняє-високотемпературну крихкість?

Вміст вуглецю контролює ризик окрихчення, оскільки нікель має дуже низьку тверду розчинність вуглецю при високій температурі; надлишок вуглецю осідає у вигляді графіту вздовж меж зерен, і чим більше присутнього вуглецю, тим щільнішою та шкідливішою стає ця мережа графіту.

Це проблема розчинності, а не проблема міцності. На відміну від сталі, де вуглець утворює тверді зміцнюючі карбіди, вуглець у нікелі просто перевищує те, що метал може утримувати в розчині під час підвищення температури, а потім випадає у вигляді м’якого, слабкого графіту. Практичні наслідки вибору оцінки прямі:

Нікель 201 (0,02% C макс.): вуглець залишається достатньо низьким, щоб графіт утворювався незначно або взагалі не утворювався навіть після тривалого впливу вище 600 градусів F (315 градусів ). Пластичність і міцність зберігаються.

Нікель 200 (0,15% C макс.): Вміст вуглецю достатньо високий, тому випадання графіту стає ймовірним при температурі вище 600 градусів F (315 градусів), особливо при повільному охолодженні або довгому часі витримки, що призводить до помітної втрати ударної в'язкості та пластичності.

Ось чому поріг у 600 градусів F (315 градусів) розглядається як жорстка межа в специфікаціях і практиці проектування, а не приблизний орієнтир: нижче нього будь-який клас працює надійно; вище цього, тільки нікель 201 рекомендується для тривалої служби.

Які механічні та фізичні властивості відрізняються між нікелем 200 і нікелем 201?

При кімнатній температурі нікель 200 і нікель 201 мають практично ідентичні механічні та фізичні властивості; різниця стає значною лише після тривалого впливу вище 600 градусів F (315 градусів), де нікель 200 втрачає пластичність і міцність, тоді як нікель 201 зберігає обидва.

Таблиця 2. Типові механічні та фізичні властивості згідно ASTM B160 / B161 / B162.

Яку оцінку ви повинні вибрати для своєї програми?

ВиберітьНікель 200для-економічного обслуговування від- до помірної-температури в корозійних або високо-провідних системах; обирайте нікель 201 для будь-якого компонента, який безперервно працює при температурі вище 600 градусів F (315 градусів), або для зварювальних виробів, які після цього зазнають тривалого нагрівання.

Таблиця 3. Короткий-довідковий посібник із вибору оцінок.

Коли конструкція наближається до порогу 600 градусів F (315 градусів) або коли компонент буде одночасно зварюватися та нагріватися під час експлуатації, безпечніше та стандартніше вказати нікель 201, а не ризик графітизації нікелю 200. Помірна різниця у вартості між двома класами є незначною порівняно з вартістю-експлуатаційного крихкого руйнування.

Часті запитання

Короткі випадкові перепади температури вище 600 градусів F (315 градусів ), як правило, допускаються, оскільки процес графітизації залежить від часу- та температури-. Однак нікель 200 не рекомендується для безперервної або багаторазової експлуатації вище цього порогу, коли кумулятивний вплив збільшує ризик окрихчення.

Чи нікель 201 дорожчий за нікель 200?

Нікель 201 зазвичай має помірну цінову надбавку до нікелю 200, що відображає додаткове рафінування, необхідне для утримання вуглецю на рівні 0,02% або нижче. У застосуваннях із високими-температурами ця надбавка незначна порівняно з вартістю передчасного виходу з ладу через графітове окрихчення.

Чи однакову стійкість до корозії мають нікель 200 і нікель 201?

так Стійкість до корозії в обох сортах залежить від самої нікелевої матриці, а не від вмісту вуглецю, тому нікель 200 і нікель 201 однаково працюють у їдкій, нейтральній солі, а також у багатьох органічних середовищах і -харчових середовищах.

Чи можна зварювати нікель 201 без особливих запобіжних заходів?

Для зварювання нікелю 201 використовуються стандартні технології зварювання нікелю та наповнювачі, а його низький вміст вуглецю фактично зменшує ризик окрихчення-в-зоні зварювання порівняно з нікелем 200. Стандартні запобіжні заходи щодо чистоти та екранування для чистого нікелю все ще застосовуються.

Як виявляється або запобігає графітизація в нікелі 200?

Графітізацію зазвичай визначають за допомогою металографічного дослідження або втрати ударної в’язкості під час механічних випробувань після високо-температурного впливу. Найнадійнішим запобіжним заходом є не термічна обробка, а заміна матеріалу: вказівка ​​нікелю 201 там, де стійка робоча температура перевищує 600 градусів F (315 градусів).