Nickel 200 vs Nickel 201: Lavt kulstofindhold og høj-temperaturservice

Nikkel 200 og Nikkel 201 er begge kommercielt rent (99,6 % min.) bearbejdet nikkel, men en lille forskel i kulstofindhold - godt under én procent - afgør, om en komponent forbliver duktil eller bliver skør ved forhøjet temperatur. Denne vejledning forklarer præcis, hvad denne forskel betyder for materialevalg, fremstilling og levetid.

Hvad er kerneforskellen mellem Nickel 200 og Nickel 201?

Nikkel 200 (UNS N02200) og Nikkel 201 (UNS N02201) er begge kommercielt rene smedede nikkellegeringer med den samme basissammensætning, men Nikkel 201 har et meget lavere maksimalt kulstofindhold - 0.02% versus 0,15% for nikkel 200 -, hvilket forhindrer nikkel ved høje temperaturer, hvilket gør det nødvendigt at bruge nikkel til høje temperaturer. service over 600 grader F (315 grader).

Begge kvaliteter er mindst 99,0% nikkel (almindeligvis 99,6% eller højere i kommercielle produkter), med små, stramt kontrollerede tilsætninger af mangan, jern og kobber. Kulstof er det ene grundstof, der bevidst er begrænset langt under sit normale niveau i Nikkel 201, fordi kulstof ved høje temperaturer opfører sig meget forskelligt i disse to kvaliteter - med reelle konsekvenser for styrke og sejhed.

Tabel 1. Grænseværdier for kemisk sammensætning pr. ASTM B160 / B162 (værdier er vægtprocent).

Hvad er Nickel 200 bedst brugt til?

Nikkel 200 er bedst egnet til rum- og moderate-temperaturer, der kræver fremragende korrosionsbestandighed, høj termisk og elektrisk ledningsevne og nem fremstilling - inklusive kaustisk sodahåndtering, fødevareforarbejdning og elektroniske og elektriske komponenter.

Nikkel 200's højere tilladte kulstofindhold er ikke en defekt - det betyder blot, at kvaliteten aldrig var beregnet til langvarig brug ved høje-temperaturer. Under ca. 600 grader F (315 grader) har kulstofindholdet ingen meningsfuld effekt på den mekaniske adfærd, så Nikkel 200 yder fremragende og koster typisk mindre at producere end den tættere-kontrollerede Nickel 201.

Typiske Nikkel 200 applikationer

• Udstyr til håndtering af kaustisk soda (natriumhydroxid) og alkali
• Fødevare-udstyr, der kræver lav metallisk forurening
• Elektriske og elektroniske komponenter (ledningsledninger, stik, afskærmning)
• Kemisk forsendelse af tromler og kasser til produkter med høj-renhed
• Marine- og ferskvandskomponenter under 600 grader F (315 grader)

Hvad er nikkel 201, og hvorfor bruges det ved høje temperaturer?

Nikkel 201er lav-kulstofversionen af ​​kommercielt rent nikkel, produceret specifikt til at modstå grafitisering og skørhed over 600 grader F (315 grader), hvilket gør den til standardkvaliteten for ovndele, høj-temperatur procesudstyr og enhver nikkelkomponent, der vil se vedvarende varme i drift.

Ved temperaturer over ca. 600 grader F (315 grader), kan kulstof i nikkel 200 udfældes fra fast opløsning som grafit og koncentreres ved korngrænser.

Dette grafitiske kulstof styrker ikke metallet, på samme måde som karbider styrker stål - i stedet, det danner et netværk af svage punkter, der kraftigt reducerer duktilitet og slagstyrke, en fejltilstand, der almindeligvis kaldes høj-temperaturskørhed. Fordi Nickel 201's kulstofindhold er begrænset til 0,02 %, er der ikke nok kulstof til stede til at danne et skadeligt grafitnetværk, så legeringen bevarer sin duktilitet og sejhed selv efter længere tids eksponering for høje-temperaturer.

Typiske Nikkel 201 applikationer

• Ovnskomponenter og-varmebehandlingsarmaturer
• Kaustiske fordampere og alkalisk-høj temperatur
• Elektronrør og vakuum-ovnhardware
• Kemisk behandlingsudstyr, der fungerer over 600 grader F (315 grader)
• Svejste samlinger, der vil se efter-svejsning eller i-brugsvarme over 600 grader F (315 grader)

Hvordan forårsager kulstofindhold høj-temperaturskørhed?

Kulstofindhold kontrollerer skørhedsrisiko, fordi nikkel har meget lav faststofopløselighed for kulstof ved høj temperatur; overskydende kulstof bundfalder som grafit langs korngrænser, og jo mere kulstof der er til stede, jo tættere og mere skadeligt bliver det grafitnetværk.

Dette er et opløselighedsproblem, ikke et styrkeproblem. I modsætning til i stål, hvor kulstof danner hårde, forstærkende karbider, overstiger kulstof i nikkel simpelthen, hvad metallet kan holde i opløsning, når temperaturen stiger og falder derefter ud som blød, svag grafit. De praktiske konsekvenser for karakterudvælgelsen er direkte:

Nikkel 201 (0,02 % C max): Kulstof forbliver lavt nok til, at der dannes lidt eller ingen grafit, selv efter længere tids eksponering over 600 grader F (315 grader). Duktilitet og sejhed bevares.

Nikkel 200 (0,15% C max): Kulstofindholdet er højt nok til, at grafitudfældning sandsynligvis bliver over 600 grader F (315 grader), især ved langsom afkøling eller lange opholdstider, hvilket resulterer i et målbart tab af stødsejhed og duktilitet.

Dette er grunden til, at tærsklen på 600 grader F (315 grader) behandles som en hård grænse i specifikation og designpraksis, snarere end en grov retningslinje: under den, fungerer begge grader pålideligt; over den anbefales kun Nickel 201 til vedvarende service.

Hvad er de mekaniske og fysiske egenskabsforskelle mellem nikkel 200 og nikkel 201?

Ved stuetemperatur har nikkel 200 og nikkel 201 i det væsentlige identiske mekaniske og fysiske egenskaber; forskellen bliver først signifikant efter længere tids eksponering over 600 grader F (315 grader), hvor nikkel 200 mister duktilitet og sejhed, mens nikkel 201 bevarer begge dele.

Tabel 2. Repræsentative mekaniske og fysiske egenskaber pr. ASTM B160 / B161 / B162.

Hvilken karakter skal du vælge til din ansøgning?

VælgeNikkel 200for omkostningseffektive, - til moderate-temperaturer i ætsende eller høj-ledningsapplikationer; vælg Nikkel 201 til enhver komponent, der arbejder kontinuerligt over 600 grader F (315 grader), eller til svejsninger, der vil opleve vedvarende varme bagefter.

Tabel 3. Hurtig-vejledning til valg af karakterer.

Når et design falder tæt på tærsklen på 600 grader F (315 grader), eller når en komponent både vil blive svejset og opvarmet i drift, er den sikrere og standardpraksis at specificere Nickel 201 i stedet for at risikere grafitisering i Nickel 200. Den beskedne omkostningsforskel mellem de to kvaliteter er lille sammenlignet med omkostningerne ved en fejl i drift{4}.

Ofte stillede spørgsmål

Korte, lejlighedsvise udflugter over 600 grader F (315 grader ) tolereres generelt, da grafitisering er en tids- og temperatur-afhængig proces. Nikkel 200 anbefales dog ikke til kontinuerlig eller gentagen service over denne tærskel, hvor kumulativ eksponering øger skørhedsrisikoen.

Er Nickel 201 dyrere end Nickel 200?

Nikkel 201 har typisk en beskeden prispræmie i forhold til Nikkel 200, hvilket afspejler den yderligere raffinering, der kræves for at holde kulstof på eller under 0,02 %. I applikationer med høje-temperaturer er denne præmie mindre sammenlignet med omkostningerne ved for tidlig svigt fra grafitskørhed.

Har Nickel 200 og Nickel 201 samme korrosionsbestandighed?

Ja. Korrosionsbestandighed i begge kvaliteter kommer fra selve nikkelmatrixen, ikke fra kulstofindholdet, så Nikkel 200 og Nikkel 201 yder tilsvarende i kaustisk, neutralt salt og mange organiske miljøer og-fødevareforarbejdningsmiljøer.

Kan Nickel 201 svejses uden særlige forholdsregler?

Nikkel 201 svejsninger ved hjælp af standard nikkelsvejsningspraksis og fyldmetaller, og dets lave kulstofindhold reducerer faktisk risikoen for varme-påvirket-zoneskørhed sammenlignet med svejsning af nikkel 200. Standard renheds- og afskærmningsforholdsregler for rent nikkel gælder stadig.

Hvordan opdages eller forhindres grafitisering i Nickel 200?

Grafitisering identificeres typisk ved metallografisk undersøgelse eller tab af slagstyrke ved mekanisk testning efter eksponering for høje-temperaturer. Den mest pålidelige forebyggelse er ikke en varmebehandling, men en materialesubstitution: angivelse af nikkel 201, hvor en vedvarende driftstemperatur vil overstige 600 grader F (315 grader).