Nikel 200 vs. Nikel 201: Nízky obsah uhlíka a služby s vysokou-teplotou - Znalosti

Nikel 200 a Nikel 201 sú komerčne čistý (99,6 % min.) tvárnený nikel, ale malý rozdiel v obsahu uhlíka - výrazne pod jedno percento - určuje, či komponent zostane tvárny alebo sa stane krehkým pri zvýšenej teplote. Táto príručka presne vysvetľuje, čo tento rozdiel znamená pre výber materiálu, výrobu a životnosť.

Nickel 200 vs Nickel 201

Nikel 200 (UNS N02200) a Nikel 201 (UNS N02201) sú obe komerčne čisté zliatiny tvárneného niklu s rovnakým základným zložením, ale nikel 201 má oveľa nižší maximálny obsah uhlíka - 0.02 % oproti 0,15 % pre nikel 200 -, čo bráni niklu pri vysokej teplote, ktorá je potrebná na trvalé spálenie,0 niklu1 600 stupňov F (315 stupňov).

Oba druhy obsahujú najmenej 99,0 % niklu (bežne 99,6 % alebo viac v komerčnom produkte) s malými, prísne kontrolovanými prísadami mangánu, železa a medi. Uhlík je jeden prvok zámerne obmedzený hlboko pod normálnu úroveň v nikle 201, pretože pri vysokej teplote sa uhlík v týchto dvoch triedach správa veľmi odlišne - so skutočnými dôsledkami na pevnosť a húževnatosť.

Prvok	Nikel 200 (UNS N02200)	Nikel 201 (UNS N02201)
Nikel + kobalt (Ni + Co)	99,0 % min	99,0 % min
uhlík (C)	0,15 % max	0,02 % max
mangán (Mn)	0,35 % max	0,35 % max
Železo (Fe)	0,40 % max	0,40 % max
meď (Cu)	0,25 % max	0,25 % max
kremík (Si)	0,35 % max	0,35 % max
síra (S)	0,01 % max	0,01 % max

Tabuľka 1. Limity chemického zloženia podľa ASTM B160 / B162 (hodnoty sú hmotnostné percentá).

Nickel 200 je najvhodnejší pre aplikácie pri izbových- a stredných-teplotách, ktoré vyžadujú vynikajúcu odolnosť proti korózii, vysokú tepelnú a elektrickú vodivosť a jednoduchú výrobu - vrátane manipulácie s lúhom sodným, spracovania potravín a elektronických a elektrických komponentov.

Vyšší povolený obsah uhlíka Nickel 200 nie je chybou -, jednoducho to znamená, že táto trieda nebola nikdy určená na dlhodobé používanie pri vysokých-teplotách. Obsah uhlíka pod teplotou približne 600 stupňov F (315 stupňov) nemá žiadny významný vplyv na mechanické správanie, takže nikel 200 funguje vynikajúco a jeho výroba je zvyčajne nižšia ako výroba niklu 201 s prísnejšou-kontrolou.

Typické aplikácie niklu 200

Hydroxid sodný (hydroxid sodný) a zariadenia na manipuláciu s alkáliami
Zariadenia na{0}}spracovanie potravín, ktoré vyžadujú nízku kovovú kontamináciu
Elektrické a elektronické komponenty (vodiče, konektory, tienenie)
Chemické prepravné sudy a tašky pre-výrobky vysokej čistoty
Morské a sladkovodné zložky pod 600 stupňov F (315 stupňov)

Nikel 201je nízkouhlíkovou verziou komerčne čistého niklu, ktorá je špeciálne vyrobená tak, aby odolávala grafitizácii a krehnutiu nad 600 stupňov F (315 stupňov ), vďaka čomu ide o štandardnú triedu pre časti pecí, vysokoteplotné{3}}procesné zariadenia a akékoľvek niklové komponenty, ktoré zaistia trvalé teplo v prevádzke.

Pri teplotách nad približne 600 stupňov F (315 stupňov) sa uhlík v niklu 200 môže vyzrážať z tuhého roztoku ako grafit a koncentrovať sa na hraniciach zŕn.

Tento grafitický uhlík nespevňuje kov tak, ako karbidy spevňujú oceľ -, namiesto toho vytvára sieť slabých miest, ktoré výrazne znižujú ťažnosť a rázovú húževnatosť, čo je porucha, ktorá sa bežne nazýva vysokoteplotné-krehnutie. Pretože obsah uhlíka Nickel 201 je obmedzený na 0,02 %, nie je prítomný dostatok uhlíka na vytvorenie poškodzujúcej grafitovej siete, takže zliatina si zachováva svoju ťažnosť a húževnatosť aj po dlhšom vystavení vysokým-teplotám.

Typické aplikácie niklu 201

Komponenty pece a príslušenstvo na{0}}tepelné spracovanie
Odparovače žieravín a vysokoteplotné{0}}alkálie
Hardvér elektróniek a vákuových-pecí
Zariadenia na chemické spracovanie pracujúce nad 600 stupňov F (315 stupňov)
Zvárané zostavy, ktoré uvidia po{0}}zváraní alebo v{1}}prevádzke teplo nad 600 stupňov F (315 stupňov)

Obsah uhlíka kontroluje riziko krehnutia, pretože nikel má veľmi nízku rozpustnosť v tuhom stave pre uhlík pri vysokej teplote; prebytok uhlíka sa vyzráža ako grafit pozdĺž hraníc zŕn a čím viac uhlíka je prítomné, tým je grafitová sieť hustejšia a škodlivejšia.

Carbon Content Cause High-Temperature Embrittlement

Toto je problém rozpustnosti, nie problém pevnosti. Na rozdiel od ocele, kde uhlík tvorí tvrdé, spevňujúce karbidy, uhlík v nikle jednoducho presahuje to, čo kov dokáže udržať v roztoku, keď teplota stúpa, a potom vypadáva ako mäkký, slabý grafit. Praktické dôsledky pre výber triedy sú priame:

Nikel 201 (0,02 % C max): Uhlík zostáva dostatočne nízky na to, aby sa tvoril malý alebo žiadny grafit, dokonca aj po dlhšom vystavení nad 600 stupňov F (315 stupňov). Húževnatosť a húževnatosť sú zachované.

Nikel 200 (0,15 % C max): Obsah uhlíka je dostatočne vysoký na to, aby sa zrážanie grafitu stalo pravdepodobne nad 600 stupňov F (315 stupňov), najmä pri pomalom chladení alebo dlhých časoch zotrvania, čo vedie k merateľnej strate rázovej húževnatosti a ťažnosti.

To je dôvod, prečo sa prahová hodnota 600 stupňov F (315 stupňov) považuje za tvrdú hranicu v špecifikácii a dizajnovej praxi, a nie za hrubé usmernenie: pod ňou každá trieda funguje spoľahlivo; nad ním sa na trvalú prevádzku odporúča iba nikel 201.

Pri izbovej teplote majú nikel 200 a nikel 201 v podstate identické mechanické a fyzikálne vlastnosti; rozdiel sa stáva významným až po dlhšom vystavení nad 600 stupňov F (315 stupňov), kde nikel 200 stráca ťažnosť a húževnatosť, zatiaľ čo nikel 201 si zachováva oboje.

Vlastnosť (typická, žíhaná)	Nikel 200	Nikel 201
Pevnosť v ťahu, min	55 ksi (380 MPa)	55 ksi (380 MPa)
Medza klzu (0,2 % offset), min	15 ksi (105 MPa)	15 ksi (105 MPa)
Predĺženie, min	40%	40%
Rozsah topenia	≈ 2615–2635 stupňov F (1435–1446 stupňov)	≈ 2615–2635 stupňov F (1435–1446 stupňov)
Maximálna odporúčaná nepretržitá prevádzková teplota.	≈ 600 stupňov F (315 stupňov)	≈ 1200 stupňov F (650 stupňov) a viac, na jednu aplikáciu
Húževnatosť/húževnatosť po dlhšom-vystavení vysokej teplote	Znížené (riziko grafitizácie)	Zachované

Tabuľka 2. Reprezentatívne mechanické a fyzikálne vlastnosti podľa ASTM B160 / B161 / B162.

Vyberte siNikel 200pre nákladovo -efektívne služby v oblasti- až strednej-teploty v korozívnych aplikáciách alebo aplikáciách s vysokou-vodivosťou; vyberte Nickel 201 pre akýkoľvek komponent pracujúci nepretržite nad 600 stupňov F (315 stupňov), alebo pre zvarence, ktoré budú následne vystavené trvalému teplu.

Kritérium výberu	Odporúčaný stupeň
Všeobecná výroba, pod 600 stupňov F (315 stupňov)	Nikel 200
Manipulácia s hydroxidom sodným pri okolitej/strednej teplote	Nikel 200
Trvalá služba nad 600 stupňov F (315 stupňov)	Nikel 201
Časti pecí, príslušenstvo na tepelné{0}}spracovanie	Nikel 201
Elektrické/elektronické komponenty (poháňané-vodivosťou)	Nikel 200
Zvárané zostavy vystavené teplu v prevádzke	Nikel 201
Potravinárske-zariadenia pri izbovej teplote	Nikel 200

Tabuľka 3. Rýchly{1}}Sprievodca výberom referenčnej triedy.

Keď sa dizajn dostane do blízkosti prahovej hodnoty 600 stupňov F (315 stupňov ), alebo keď sa komponent bude v prevádzke zvárať aj zahrievať, bezpečnejšou a štandardnou praxou je špecifikovať nikel 201 a nie riskovať grafitizáciu v nikle 200. Mierny rozdiel v nákladoch medzi týmito dvoma triedami je malý v porovnaní s nákladmi na krehké zlyhanie v prevádzke-.

Stručne, príležitostné odchýlky nad 600 stupňov F (315 stupňov ) sú vo všeobecnosti tolerované, pretože grafitizácia je proces- a teploty-závislý od času. Nikel 200 sa však neodporúča na nepretržitú alebo opakovanú prevádzku nad touto hranicou, kde kumulatívne vystavenie zvyšuje riziko krehnutia.

Je nikel 201 drahší ako nikel 200?

Nikel 201 má zvyčajne miernu prirážku v porovnaní s niklom 200, čo odráža dodatočnú rafináciu potrebnú na udržanie uhlíka na alebo pod 0,02 %. Pri aplikáciách s vysokou-teplotou je táto prirážka v porovnaní s nákladmi na predčasné zlyhanie v dôsledku skrehnutia grafitu zanedbateľná.

Majú Nikel 200 a Nikel 201 rovnakú odolnosť proti korózii?

áno. Odolnosť voči korózii v oboch stupňoch pochádza zo samotnej niklovej matrice, nie z obsahu uhlíka, takže nikel 200 a nikel 201 fungujú ekvivalentne v žieravinách, neutrálnej soli a mnohých organických a potravinárskych-prostrediach spracovania.

Dá sa nikel 201 zvárať bez špeciálnych opatrení?

Nikel 201 sa zvára pomocou štandardných postupov zvárania niklu a prídavných kovov a jeho nízky obsah uhlíka v skutočnosti znižuje riziko krehnutia tepelne-ovplyvnených-zón v porovnaní so zváraním Nikel 200. Stále platia štandardné opatrenia na čistotu a ochranu čistého niklu.

Ako sa zisťuje grafitizácia v Nikli 200 alebo ako sa jej predchádza?

Grafitizácia sa zvyčajne identifikuje metalografickým vyšetrením alebo stratou rázovej húževnatosti pri mechanickom testovaní po vystavení vysokým-teplotám. Najspoľahlivejšou prevenciou nie je tepelné spracovanie, ale náhrada materiálu: špecifikácia niklu 201 všade tam, kde trvalá prevádzková teplota prekročí 600 stupňov F (315 stupňov).