Nichel 200 vs Nichel 201: conținut scăzut de carbon și serviciu de-temperatură ridicată - Cunoștințe

Nichel 200 și nichel 201 sunt ambele nichel forjat pur din punct de vedere comercial (99,6% min.), dar o mică diferență de conținut de carbon - cu mult sub un procent - determină dacă o componentă rămâne ductilă sau devine fragilă la temperatură ridicată. Acest ghid explică exact ce înseamnă această diferență pentru selecția materialului, fabricație și durata de viață.

Nickel 200 vs Nickel 201

Nichel 200 (UNS N02200) și nichel 201 (UNS N02201) sunt ambele aliaje de nichel forjat pur comercial, cu aceeași compoziție de bază, dar nichel 201 are un conținut maxim de carbon mult mai scăzut - 0.02% față de 0,15% pentru nichel 200 -, ceea ce împiedică alegerea de mai sus a grafitului la temperatură ridicată și fragilizarea de mai sus. 600 grade F (315 grade).

Ambele clase sunt de cel puțin 99,0% nichel (de obicei 99,6% sau mai mare în produsele comerciale), cu adaosuri mici, strict controlate de mangan, fier și cupru. Carbonul este singurul element limitat în mod deliberat cu mult sub nivelul său normal în Nichel 201, deoarece la temperaturi ridicate carbonul se comportă foarte diferit în aceste două grade - cu consecințe reale asupra rezistenței și tenacității.

Element	Nichel 200 (UNS N02200)	Nichel 201 (UNS N02201)
Nichel + Cobalt (Ni + Co)	99,0% min	99,0% min
Carbon (C)	0,15% max	0,02% max
Mangan (Mn)	0,35% max	0,35% max
Fier (Fe)	0,40% max	0,40% max
Cupru (Cu)	0,25% max	0,25% max
Siliciu (Si)	0,35% max	0,35% max
sulf (S)	0,01% max	0,01% max

Tabelul 1. Limitele compoziției chimice conform ASTM B160 / B162 (valorile sunt procente în greutate).

Nickel 200 este cel mai potrivit pentru aplicații cu temperatură- și moderată-care necesită rezistență excelentă la coroziune, conductivitate termică și electrică ridicată și ușurință de fabricare -, inclusiv manipularea sodei caustice, procesarea alimentelor și componente electronice și electrice.

Conținutul de carbon permis mai mare al Nickel 200 nu este un defect -, ci pur și simplu înseamnă că calitatea nu a fost niciodată destinată utilizării prelungite la-temperatură ridicată. Sub aproximativ 600 de grade F (315 de grade ), conținutul de carbon nu are niciun efect semnificativ asupra comportamentului mecanic, astfel încât Nickel 200 are performanțe excelente și costă de obicei mai puțin de produs decât Nickel 201 controlat mai strict-.

Aplicații tipice Nickel 200

Sodă caustică (hidroxid de sodiu) și echipamente de manipulare alcaline
Echipamente-de procesare a alimentelor care necesită o contaminare metalică scăzută
Componente electrice și electronice (cabluri, conectori, ecranare)
Tamburi și containere pentru transportul produselor chimice pentru produse de-puritate ridicată
Componente marine și de apă dulce sub 600 de grade F (315 de grade)

Nichel 201este versiunea cu conținut scăzut de carbon-a nichelului pur din comerț, produsă special pentru a rezista grafitizării și fragilizării peste 600 de grade F (315 de grade ), ceea ce o face calitatea standard pentru piesele cuptorului, echipamentele de proces-înalte de temperatură și orice componentă de nichel care va avea căldură susținută în funcțiune.

La temperaturi peste aproximativ 600 de grade F (315 de grade), carbonul din nichel 200 poate precipita din soluția solidă sub formă de grafit, concentrându-se la granițele granulelor.

Acest carbon grafitic nu întărește metalul așa cum carburile întăresc oțelul -, ci formează o rețea de puncte slabe care reduce drastic ductilitatea și rezistența la impact, un mod de defecțiune numit în mod obișnuit fragilizare la temperatură înaltă-. Deoarece conținutul de carbon al nichelului 201 este limitat la 0,02%, nu există suficient carbon prezent pentru a forma o rețea de grafit dăunătoare, astfel încât aliajul își păstrează ductilitatea și duritatea chiar și după expunerea prelungită la temperatură înaltă-.

Aplicații tipice pentru Nichel 201

Componentele cuptorului și dispozitivele de{0}}tratare termică
Evaporatoare caustice și serviciu alcalin{0}}înaltă
Hardware cu tuburi electronice și{0}}cuptoare cu vid
Echipamente de procesare chimică care funcționează peste 600 grade F (315 grade)
Ansambluri sudate care vor vedea căldură post-sudură sau-în exploatare peste 600 grade F (315 grade )

Conținutul de carbon controlează riscul de fragilizare deoarece nichelul are o solubilitate solidă foarte scăzută pentru carbon la temperatură ridicată; excesul de carbon precipită sub formă de grafit de-a lungul granițelor și cu cât este mai mult carbon, cu atât rețeaua de grafit devine mai densă și mai dăunătoare.

Carbon Content Cause High-Temperature Embrittlement

Aceasta este o problemă de solubilitate, nu o problemă de rezistență. Spre deosebire de oțel, unde carbonul formează carburi dure, care întăresc, carbonul din nichel depășește pur și simplu ceea ce metalul poate reține în soluție pe măsură ce temperatura crește și apoi cade sub formă de grafit moale și slab. Consecințele practice pentru selecția notei sunt directe:

Nichel 201 (0,02% C max): Carbonul rămâne suficient de scăzut încât să se formeze puțin sau deloc grafit, chiar și după expunere prelungită la peste 600 de grade F (315 de grade). Ductilitatea și tenacitatea sunt păstrate.

Nichel 200 (0,15% C max): conținutul de carbon este suficient de mare încât precipitațiile de grafit devin probabil peste 600 de grade F (315 de grade), în special cu răcire lentă sau timpi lungi de păstrare, ceea ce duce la o pierdere măsurabilă a tenacității la impact și a ductilității.

Acesta este motivul pentru care pragul de 600 de grade F (315 de grade) este tratat ca o limită strictă în specificațiile și practica de proiectare, mai degrabă decât un ghid aproximativ: sub acesta, oricare dintre clasele funcționează fiabil; deasupra acestuia, doar Nickel 201 este recomandat pentru serviciu susținut.

La temperatura camerei, Nichel 200 și Nichel 201 au în esență proprietăți mecanice și fizice identice; diferența devine semnificativă numai după expunerea prelungită peste 600 de grade F (315 de grade), unde Nickel 200 își pierde ductilitatea și duritatea, în timp ce Nickel 201 le păstrează pe ambele.

Proprietate (tipică, recoaptă)	Nichel 200	Nichel 201
Rezistenta la tractiune, min	55 ksi (380 MPa)	55 ksi (380 MPa)
Limita de curgere (0,2% compensare), min	15 ksi (105 MPa)	15 ksi (105 MPa)
Alungire, min	40%	40%
Interval de topire	≈ 2615–2635 grade F (1435–1446 grade)	≈ 2615–2635 grade F (1435–1446 grade)
Temperatura maximă recomandată de serviciu continuu.	≈ 600 grade F (315 grade)	≈ 1200 de grade F (650 de grade) și peste, per aplicare
Ductilitate/rezistență după expunere prelungită la temperatură ridicată-	Redus (risc de grafitizare)	Reţinut

Tabelul 2. Proprietăți mecanice și fizice reprezentative conform ASTM B160 / B161 / B162.

AlegeNichel 200pentru servicii rentabile, la temperatură- moderată-în aplicații corozive sau cu-conductivitate ridicată; alegeți Nichel 201 pentru orice componentă care funcționează continuu peste 600 de grade F (315 de grade) sau pentru articolele sudate care vor experimenta căldură susținută ulterior.

Criteriul de selecție	Gradul recomandat
Fabricare generală, sub 600 grade F (315 grade)	Nichel 200
Manipularea sodei caustice la temperatură ambientală/moderată	Nichel 200
Serviciu susținut peste 600 grade F (315 grade)	Nichel 201
Piese pentru cuptor, dispozitive pentru tratarea termică-	Nichel 201
Componente electrice/electronice (controlate de conductivitate{0}})	Nichel 200
Ansambluri sudate expuse la căldură în exploatare	Nichel 201
Echipamente alimentare-la temperatura camerei	Nichel 200

Tabelul 3. Ghid rapid de selectare a notelor de referință-.

Atunci când un design se apropie de pragul de 600 de grade F (315 de grade) sau când o componentă va fi atât sudată, cât și încălzită în timpul funcționării, practica mai sigură și standard este să specificați nichel 201 mai degrabă decât riscul de grafitizare în nichel 200. Diferența modestă de cost între cele două grade este minoră în comparație cu costul unei defecțiuni fragile.

Excursiile scurte, ocazionale, peste 600 de grade F (315 de grade ) sunt în general tolerate, deoarece grafitizarea este un proces care depinde de timp- și temperatură-. Cu toate acestea, Nickel 200 nu este recomandat pentru service continuu sau repetat peste acest prag, unde expunerea cumulativă crește riscul de fragilizare.

Este nichel 201 mai scump decât nichel 200?

Nichelul 201 are de obicei o primă de preț modestă față de Nichel 200, reflectând rafinarea suplimentară necesară pentru a menține carbonul la sau sub 0,02%. În aplicațiile cu temperatură-înaltă, această primă este minoră în comparație cu costul defecțiunii premature din cauza fragilizării grafitului.

Nickel 200 și Nickel 201 au aceeași rezistență la coroziune?

Da. Rezistența la coroziune în ambele clase provine din matricea de nichel în sine, nu din conținutul de carbon, astfel încât Nickel 200 și Nickel 201 funcționează echivalent în sare caustică, neutră și în multe medii organice și de procesare-alimentară.

Nickel 201 poate fi sudat fără precauții speciale?

Nichel 201 sudează folosind practici standard de sudare cu nichel și metale de adaos, iar conținutul său scăzut de carbon reduce de fapt riscul de fragilizare a zonei afectate de căldură--comparativ cu sudarea Nichel 200. Măsurile standard de curățenie și ecranare pentru nichel pur se aplică în continuare.

Cum este detectată sau prevenită grafitizarea în Nickel 200?

Grafitizarea este de obicei identificată prin examinare metalografică sau prin pierderea rezistenței la impact în testele mecanice după expunerea la temperatură ridicată-. Cea mai fiabilă prevenire nu este un tratament termic, ci o înlocuire a materialului: specificarea Nichel 201 oriunde temperatura de serviciu susținută va depăși 600 de grade F (315 de grade).