Nickel 200 vs Nickel 201: Alacsony szén-dioxid-tartalom és magas{2}}hőmérsékletű szolgáltatás - Tudás

A Nickel 200 és a Nickel 201 egyaránt kereskedelmi tisztaságú (min. 99,6%-os) kovácsolt nikkel, de a széntartalom kis eltérése - jóval egy százalék alatti - határozza meg, hogy az alkatrész képlékeny marad-e vagy törékennyé válik-e magasabb hőmérsékleten. Ez az útmutató pontosan elmagyarázza, mit jelent ez a különbség az anyagválasztás, a gyártás és az élettartam szempontjából.

Nickel 200 vs Nickel 201

A Nickel 200 (UNS N02200) és a Nickel 201 (UNS N02201) egyaránt kereskedelmi tisztaságú kovácsolt nikkelötvözetek, azonos alapösszetétellel, de a nikkel 201 maximális széntartalma sokkal alacsonyabb - 0.02%, szemben a nikkel 0,15%-ával 200 -, ami megakadályozza a grafit2 magas hőmérsékleten történő folyamatos kezelését. 600 F (315 fok) felett.

Mindkét minőség legalább 99,0% nikkelt tartalmaz (a kereskedelmi termékekben általában 99,6% vagy magasabb), kis mennyiségű, szigorúan ellenőrzött mangán-, vas- és réz-adalékkal. A szén az egyetlen elem, amelyet szándékosan jóval a normál szint alá korlátoztak a nikkel 201-ben, mivel magas hőmérsékleten a szén nagyon eltérően viselkedik ebben a két minőségben -, ami valódi következményekkel jár a szilárdságra és a szívósságra nézve.

Elem	Nickel 200 (UNS N02200)	Nikkel 201 (UNS N02201)
Nikkel + kobalt (Ni + Co)	99,0% min	99,0% min
szén (C)	0,15% max	0,02% max
Mangán (Mn)	0,35% max	0,35% max
vas (Fe)	0,40% max	0,40% max
Réz (Cu)	0,25% max	0,25% max
Szilícium (Si)	0,35% max	0,35% max
Kén (S)	0,01% max	0,01% max

1. táblázat: Kémiai összetételi határértékek az ASTM B160 / B162 szerint (az értékek tömegszázalékok).

A Nickel 200 a legalkalmasabb szobai- és mérsékelt-hőmérsékletű alkalmazásokhoz, amelyek kiváló korrózióállóságot, magas hő- és elektromos vezetőképességet, valamint könnyű gyártást igényelnek -, beleértve a nátronlúg kezelését, az élelmiszer-feldolgozást, valamint az elektronikus és elektromos alkatrészeket.

A Nickel 200 magasabb megengedhető széntartalma nem hiba, - egyszerűen azt jelenti, hogy a minőséget soha nem szánták huzamosabb ideig magas hőmérsékletű{2}}használatra. Körülbelül 315 fok alatt a széntartalomnak nincs jelentős hatása a mechanikai viselkedésre, így a Nickel 200 kiválóan teljesít, és általában kevesebbe kerül előállítása, mint a szigorúbb-szabályozású Nickel 201.

Tipikus Nickel 200 alkalmazások

Marónátron (nátrium-hidroxid) és lúgkezelő berendezések
Élelmiszer{0}}feldolgozó berendezések, amelyek alacsony fémszennyezést igényelnek
Elektromos és elektronikus alkatrészek (vezetékek, csatlakozók, árnyékolás)
Vegyi szállítódobok és hordók nagy{0}}tisztaságú termékekhez
Tengeri és édesvízi alkatrészek 600 F (315 fok) alatt

Nikkel 201a kereskedelemben kapható tiszta nikkel alacsony-szén-dioxid-kibocsátású változata, amelyet kifejezetten azért gyártanak, hogy ellenálljanak a grafitosodásnak és a ridegedésnek 600 F (315 °F) felett, így ez a szabványos minőség a kemencealkatrészek, a magas-hőmérsékletű technológiai berendezések és minden olyan nikkelkomponens számára, amely tartós hőt üzemel.

Körülbelül 315 fok feletti hőmérsékleten a nikkel 200-ban lévő szén szilárd oldatból grafit formájában kicsapódhat, és a szemcsehatárokon koncentrálódik.

Ez a grafitos szén nem erősíti meg a fémet úgy, ahogy a karbidok az acélt -, hanem gyenge pontok hálózatát alkotja, amely élesen csökkenti a hajlékonyságot és az ütési szívósságot. Ezt a meghibásodási módot általában magas hőmérsékleten történő ridegedésnek nevezik. Mivel a Nickel 201 széntartalmának felső határa 0,02%, nincs jelen elég szén ahhoz, hogy káros grafithálózatot hozzon létre, így az ötvözet megőrzi rugalmasságát és szívósságát még hosszan tartó magas hőmérsékleten való kitettség után is.

Tipikus Nickel 201 alkalmazások

Kemenceelemek és hőkezelő{0}}szerelvények
Maró elpárologtatók és magas{0}}hőmérsékletű lúgszolgáltatás
Elektroncső és vákuum{0}}kemence hardver
Vegyipari feldolgozó berendezések, amelyek 600 F (315 fok) felett működnek
Hegesztett szerelvények, amelyek a hegesztés utáni-vagy-üzem közbeni hőt 315 fok feletti hőmérsékletre látják

A széntartalom szabályozza a ridegedés kockázatát, mivel a nikkelnek nagyon alacsony a szilárdanyag-oldhatósága a szénben magas hőmérsékleten; a felesleges szén grafitként válik ki a szemcsehatárok mentén, és minél több szén van jelen, annál sűrűbbé és károsabbá válik a grafithálózat.

Carbon Content Cause High-Temperature Embrittlement

Ez oldhatósági probléma, nem szilárdsági probléma. Az acéltól eltérően, ahol a szén kemény, megerősítő karbidokat képez, a nikkelben lévő szén egyszerűen meghaladja azt, amit a fém oldatban tud tartani a hőmérséklet emelkedésével, majd lágy, gyenge grafitként kihullik. A fokozatválasztás gyakorlati következményei közvetlenek:

Nikkel 201 (0,02% C max): A szén elég alacsony marad ahhoz, hogy kevés vagy egyáltalán nem képződjön grafit, még hosszan tartó expozíció után is 315 fok felett. A hajlékonyság és a szívósság megmarad.

Nickel 200 (0,15% C max): A széntartalom elég magas ahhoz, hogy a grafit kiválása 315 fok felett valószínű legyen, különösen lassú hűtés vagy hosszú tartózkodási idő esetén, ami az ütésállóság és a hajlékonyság mérhető csökkenését eredményezi.

Ez az oka annak, hogy a 600 fok F (315 fok) küszöbértéket kemény határként kezelik a specifikációban és a tervezési gyakorlatban, nem pedig durva irányelvként: alatta bármelyik fokozat megbízhatóan teljesít; felette csak a Nickel 201 ajánlott a tartós szervizelés érdekében.

Szobahőmérsékleten a Nickel 200 és a Nickel 201 lényegében azonos mechanikai és fizikai tulajdonságokkal rendelkezik; a különbség csak akkor válik szignifikánssá, ha hosszan tartó expozíció 600 F (315 F) felett van, ahol a Nickel 200 elveszti rugalmasságát és szívósságát, míg a Nickel 201 mindkettőt megtartja.

Tulajdonság (tipikus, lágyított)	Nikkel 200	Nikkel 201
Szakítószilárdság, min	55 ksi (380 MPa)	55 ksi (380 MPa)
Folyáshatár (0,2%-os eltolás), min	15 ksi (105 MPa)	15 ksi (105 MPa)
Megnyúlás, min	40%	40%
Olvadási tartomány	≈ 2615–2635 fok F (1435–1446 fok)	≈ 2615–2635 fok F (1435–1446 fok)
Maximális ajánlott folyamatos üzemi hőmérséklet.	≈ 600 fok F (315 fok)	≈ 1200 fok F (650 fok) és magasabb, alkalmazásonként
Rugalmasság/szívósság hosszan tartó magas hőmérsékletű{0}}expozíció után	Csökkentett (grafitosítási kockázat)	Megtartva

2. táblázat Reprezentatív mechanikai és fizikai tulajdonságok az ASTM B160 / B161 / B162 szerint.

VálasszonNikkel 200Költséghatékony-, szoba--közepes-hőmérsékletű szolgáltatáshoz korrozív vagy nagy-vezetőképességű alkalmazásokban; válassza a Nickel 201-et minden olyan alkatrészhez, amely folyamatosan üzemel 315 fok felett, vagy olyan hegesztési varratokhoz, amelyek ezt követően tartós hőt tapasztalnak.

Kiválasztási kritérium	Ajánlott fokozat
Általános gyártás, 600 fok F (315 fok) alatt	Nikkel 200
Marónátron kezelése környezeti/mérsékelt hőmérsékleten	Nikkel 200
Tartós szolgáltatás 315 fok felett	Nikkel 201
Kemencealkatrészek, hőkezelő{0}}beépítések	Nikkel 201
Elektromos/elektronikus alkatrészek (vezetőképesség{0}}vezérelt)	Nikkel 200
Hőnek kitett hegesztett szerelvények üzem közben	Nikkel 201
Élelmiszer-minőségű berendezés szobahőmérsékleten	Nikkel 200

3. táblázat: Gyors-referencia fokozatválasztási útmutató.

Ha egy kialakítás a 315 fokos (600 F) küszöb közelébe esik, vagy ha egy alkatrészt hegesztenek és hevítenek is üzem közben, akkor a biztonságosabb és szokásos gyakorlat a Nickel 201 használata, nem pedig a grafitosítás kockázata a Nickel 200-ban. A két minőség közötti szerény költségkülönbség csekély a rideg meghibásodás költségeihez képest.

A 315 fok feletti rövid, alkalmi kirándulásokat általában megengedjük, mivel a grafitizálás idő{2}} és hőmérséklet{3}}függő folyamat. A Nickel 200 azonban nem ajánlott e küszöbérték feletti folyamatos vagy ismételt szervizelésre, ahol a kumulatív expozíció növeli a ridegedés kockázatát.

A Nickel 201 drágább, mint a Nickel 200?

A Nickel 201 jellemzően szerény árprémiummal rendelkezik a Nickel 200-hoz képest, ami azt a további finomítást tükrözi, amely a szén 0,02%-os vagy az alatti tartásához szükséges. Magas-hőmérsékletű alkalmazásoknál ez a prémium csekély a grafit ridegedéséből eredő idő előtti meghibásodás költségeihez képest.

A Nickel 200 és a Nickel 201 azonos korrózióállósággal rendelkezik?

Igen. A korrózióállóság mindkét minőségben magából a nikkelmátrixból ered, nem a széntartalomból, így a Nickel 200 és a Nickel 201 egyenértékűen teljesít maró, semleges sóban, valamint számos szerves és élelmiszer-feldolgozási környezetben.

A Nickel 201 hegeszthető különleges óvintézkedések nélkül?

A Nickel 201 szabványos nikkelhegesztési eljárásokkal és töltőfémekkel hegeszt, alacsony széntartalma pedig csökkenti a hőhatás-hatás-zóna ridegségének kockázatát a Nickel 200-hoz képest. A tiszta nikkelre vonatkozó szabványos tisztasági és árnyékolási óvintézkedések továbbra is érvényesek.

Hogyan észlelhető vagy előzhető meg a Nickel 200 grafitosítása?

A grafitosítást általában metallográfiai vizsgálattal vagy az ütésállóság elvesztésével azonosítják a mechanikai tesztelés során, magas hőmérsékletnek való kitettség után{0}}. A legmegbízhatóbb megelőzés nem a hőkezelés, hanem az anyagcsere: a nikkel 201 megadása minden olyan helyen, ahol a tartós üzemi hőmérséklet meghaladja a 315 fokot.