鎳200/N7

 W.Nr. 2.4060和2.4066
ISO NW2200
UNS N02200

材料特性

商用純鎳或低合金鎳的特點(diǎn)在很多領(lǐng)域是非常有用的，如：化學(xué)過(guò)程和電子行業(yè)等。鎳對(duì)各種還原性化學(xué)物質(zhì)有一定抗力，而對(duì)苛性堿的抗力是無(wú)法替代的。與鎳基合金相比，商用純鎳有更高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，同時(shí)居里溫度也更高，具有良好的磁致伸縮性能。退火鎳具有低的硬度以及良好的延展性和柔韌性。這些特性加上其良好的焊接性能使得該金屬容易加工成型。鎳的加工硬化速率相對(duì)較低，但它可以通過(guò)冷做達(dá)到中等強(qiáng)度水平并保持其延展性。
    鎳200（ UNS N02200/W.Nr. 2.4060 和2.4066/N7）是商業(yè)純鎳（99.6%）。它具有良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的在很多腐蝕環(huán)境的抗力。該合金的其它有用特點(diǎn)包括其磁性能、磁致伸縮性能、高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、低的含氣量和低的蒸發(fā)壓。鎳200 的腐蝕抗力使得它在在面對(duì)如食品、人造纖維以及苛性堿等需要保證產(chǎn)品純凈的應(yīng)用中特別有用。在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中當(dāng)腐蝕抗力是主要考慮因素時(shí)使用也很廣泛。其它的使用包括化學(xué)制品的輸送桶、電子電氣部件、航空航天以及部件。
表1 牌號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)

表2 化學(xué)成分

表3 物理性能

表4 退火鎳的物理性能

表5 彈性模量

機(jī)械性能

表6 常溫下的機(jī)械性能

對(duì)于厚度小于1.27mm的，建議使用洛氏表面硬度或維氏硬度試驗(yàn)。

 
   圖1 鎳200棒的拉伸性能和硬度的大致關(guān)系        圖2 鎳200薄板和帶材的拉伸性能和硬度的大致關(guān)系
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度
鎳200的扭轉(zhuǎn)性能見(jiàn)表7。開裂強(qiáng)度是按照假設(shè)在整個(gè)橫斷面上的剪切應(yīng)力相等時(shí)會(huì)發(fā)生開裂來(lái)計(jì)算的。


表7 冷拔棒扭轉(zhuǎn)性能（直徑25mm）

表8 鎳200的剪切強(qiáng)度

高溫性能

鎳200 在較高溫度下的機(jī)械性能見(jiàn)圖3和圖4。然而鎳200通常被限制在低于315°C下使用。在高溫下鎳200產(chǎn)品會(huì)發(fā)生石墨化，這會(huì)使產(chǎn)品的性能嚴(yán)重下降。在315°C以上使用時(shí)，更常用的是鎳201。鎳200和鎳201是被ASME 鍋爐和壓力容器代碼Section VIII, Division 1 批準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)材料。鎳200批準(zhǔn)的使用溫度可以達(dá)到315°C，鎳201批準(zhǔn)的服役溫度可達(dá)到677°C。
   
     圖3 退火鎳200的高溫拉伸性能            圖4 小蠕變速率，%/1000
                                                                                                     退火鎳 200的典型蠕變強(qiáng)度

低溫性能

鎳200的低溫拉伸性能見(jiàn)表9和10。圖5 為材料從室溫到低溫的應(yīng)力應(yīng)變曲線。疲勞和缺口疲勞強(qiáng)度見(jiàn)圖6和圖7，低溫沖擊強(qiáng)度見(jiàn)圖8。
表9 退火鎳200 棒材的低溫拉身伸性能

表10 鎳200的低溫拉伸性能

  圖5 退火鎳200棒材低溫應(yīng)力應(yīng)變圖


      圖6 鎳200退火0.53mm厚薄板低溫疲勞強(qiáng)度
     （*反向彎曲實(shí)驗(yàn)，材料的拉伸強(qiáng)度為425MPa）


                     圖7-鎳200 退火0.021 in.(0.53mm 厚) 薄板的低溫缺口疲勞強(qiáng)度。
          （實(shí)驗(yàn)條件：*反向彎曲，材料的拉伸強(qiáng)度為61.6ksi(425MPa);缺口集中因子（Kt）=3.0）

           
圖8 退火鎳200 棒的低溫沖擊強(qiáng)度                                      圖9 碳在鎳中的溶解性。實(shí)線部分的數(shù)據(jù)是通
                                             過(guò)對(duì)DH499(99.9%)鎳在濕氫氣1000°C下加熱2
                                             小時(shí)，再在75%氫氣和25%甲烷混合氣中在實(shí)驗(yàn)
                                             溫度下加熱1 小時(shí)而獲得的。三角和圓形符號(hào)
                                             代表在商業(yè)花商品上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)；樣品在實(shí)驗(yàn)
                                             前在 (1315°C)下退火    

金相結(jié)構(gòu)

鎳200 是一種面心立方結(jié)構(gòu)的固溶合金。微觀結(jié)構(gòu)中通常典型的表現(xiàn)出少量的非金屬夾雜，夾雜主要為氧化物且不隨退火而改變。在425-650°C溫度范圍內(nèi)的暴露時(shí)間將產(chǎn)生石墨沉淀物（見(jiàn)圖9）。由于這個(gè)原因該合金不推薦在315-650°C溫度范圍內(nèi)使用；在此溫度范圍應(yīng)使用鎳201。

腐蝕抗力

鎳200在很多腐蝕介質(zhì)中非常耐蝕。雖然大多數(shù)使用是在還原環(huán)境中，它也在可以形成鈍化性氧化膜的氧化條件下使用；鎳200對(duì)苛性堿的優(yōu)異抗力就是基于這一種保護(hù)的。在所有的環(huán)境中，當(dāng)涉及溫度高于315°C時(shí)，材料都是鎳201。
環(huán)境
通常鎳200在室內(nèi)氣氛中保持光亮狀態(tài)。在室外，由于形成了很薄的保護(hù)膜(通常是硫酸鹽)，其侵蝕速率也很低。侵蝕速率隨氣氛中二氧化硫含量（如在工業(yè)領(lǐng)域中）的增加而增加。在海洋和田園環(huán)境中的腐蝕速率均非常低。在大氣暴露實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果見(jiàn)表15和16。在1957年的實(shí)驗(yàn)中，點(diǎn)蝕深度和機(jī)械性能的損失幾乎為零。
水
鎳200 對(duì)蒸餾水和天然水的耐蝕能力是非常優(yōu)異的。在蒸餾水中發(fā)腐蝕速率小于0.0003mm/a。在民用熱水溫度直到95°C下通常小于0.0005mm/a僅在偶爾會(huì)高于 0.005mm/a。鎳200 能有效的耐含硫化氫或二氧化碳的水溶液腐蝕。在含50：50 飽和二氧化碳的蒸餾水和空氣71°C下，其腐蝕速率低于0.025mm/y。材料被用于油井中作為屢網(wǎng)來(lái)抵抗硫化氫和鹽
水腐蝕。鎳200 在流動(dòng)的海水（即使流速非常高）提供了優(yōu)異的性能，但在停滯或流速非常低的海水中在有機(jī)物的污垢或其它沉積下可能出現(xiàn)非常嚴(yán)重的局部腐蝕。在水蒸氣系統(tǒng)中含有一定比例的二氧化碳和空氣的系統(tǒng)中，腐蝕速度開始時(shí)非常高但在環(huán)境中含有利形成保護(hù)膜時(shí)隨時(shí)間推移腐蝕速度會(huì)降低。但鐵的腐蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)會(huì)干擾這種保護(hù)膜的形成。為防止侵蝕，在這類系統(tǒng)中應(yīng)該帶有供水消氣泡裝置或除去不可壓縮（凝縮）物質(zhì)的設(shè)備。
酸
硫酸
在低溫或中溫環(huán)境中鎳200 可以與硫酸一起使用。通風(fēng)和提高溫度均能增加腐蝕速率，所以在硫酸中使用鎳200 的原則是室溫的非充氣溶液。氧化性鹽的存在也會(huì)加速腐蝕。一些典型的數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。
表9表17-鎳200 在硫酸中的腐蝕（實(shí)驗(yàn)室結(jié)果）

鹽酸
根據(jù)能獲得的數(shù)據(jù)，鎳200 可以在充氣或不充氣的室溫濃度不超過(guò)30%的鹽酸中使用。成功使用的重要原因是其腐蝕產(chǎn)物氯化鎳在這個(gè)濃度范圍的溶解度相對(duì)較低。因此，在溶液在高流速的情況下使用時(shí)一定要小心。同樣提高溫度和充氣將加速腐蝕。當(dāng)使用在含飽和空氣、高于室溫的鹽酸時(shí)濃度通常限制小于3-4%；但*空氣飽和的溶液在工業(yè)中并不常用。如果存在形式極小量的氧化性鹽腐蝕速率將升高。在濃度低于0.5%的情況下，材料可以溫度直到150-205℃的使用。

鎳200 對(duì)無(wú)水即使在較高溫度下也有優(yōu)異的耐蝕性。然而在水溶液中,其應(yīng)用通常限制在溫度低于80℃以下。即使在室溫下，也發(fā)現(xiàn)60-65%的商用等級(jí)酸也可以造成鎳200 的嚴(yán)重腐蝕。
磷酸
由于商用磷酸通常含有能加速腐蝕的氟化物和三價(jià)鐵離子雜質(zhì),鎳200 的使用通常很有限。在純的不通氣的磷酸中，在環(huán)境溫度下的各種濃度中的腐蝕速率均比較低。在熱或濃縮的磷酸溶液中，腐蝕速率通常很高，不能達(dá)到合理的服役壽命。
硝酸
鎳200 僅在室溫濃度不高于0.5%的硝酸中使用。有機(jī)酸通常如果含氣量不是很高的情況下鎳200 對(duì)有機(jī)酸的抗力是非常優(yōu)異的。它對(duì)脂肪酸類如硬脂酸和油酸有良好的抗力。
堿
鎳200 的突出的耐蝕性能就是它對(duì)苛性鈉和其它堿類的抗力。（氫氧化銨除外。鎳200 不會(huì)被無(wú)水氨或濃度為1%的氫氧化銨侵蝕，更高的濃度會(huì)引起快速侵蝕。）已證實(shí)該材料在工廠的許多涉及堿的工藝中得到應(yīng)用。在苛性鈉中鎳200對(duì)所有濃度和溫度包括熔融狀態(tài)都有出色的耐蝕性。濃度低于50%時(shí)即使在沸騰狀態(tài)，腐蝕速率也可以忽略。隨濃度和溫度升高，腐蝕速率升高非常緩慢。表11該材料的性能示例。鎳200在高濃度苛性鈉中突出的耐蝕性能的主要貢獻(xiàn)來(lái)自在溶液中暴露時(shí)形成的黑色保護(hù)膜。氧化鎳膜導(dǎo)致在大多數(shù)條件下長(zhǎng)時(shí)間暴露時(shí)的腐蝕速率顯著降低。由于腐蝕性氯酸鹽的存在能明顯提高腐蝕速率，應(yīng)該盡大努力來(lái)消除它們?？裳趸牧蚧镆灿性黾涌列遭c對(duì)鎳200腐蝕性的傾向；增加足量的過(guò)氧化鈉來(lái)使硫化物氧化成硫酸鹽將抵消這種情況。

表11 鎳200在50%苛性鈉中的實(shí)驗(yàn)室腐蝕實(shí)驗(yàn)

該金屬在氯化物鹽中均不會(huì)遭受應(yīng)力腐蝕開裂并對(duì)所有非氧化性鹵化物有出色侵蝕抗力。氧化性的酸性氯化物如三價(jià)鐵、二價(jià)銅和水銀腐蝕性都非常強(qiáng)，在與鎳200 一起使用時(shí)僅能在低濃度下。四氯化錫的氧化性較低，鎳200 對(duì)其稀釋溶液在大氣溫度下是耐蝕的。在氧化性的堿性氯化物中長(zhǎng)期使用鎳200 的大的安全極限為氯含量為500ppm。對(duì)斷續(xù)使用并在中間有漂洗清潔操作的情況濃度達(dá)到3 克/升是允許的。在漂白工藝中，會(huì)用到硅酸鈉（比重1.4）作為腐蝕緩蝕劑，少量如0.5 毫升/升使用在漂白中證明是有效的。一些活性非常大并腐蝕性的氯化物如三氯氧化磷、、亞硝?；然?、苯甲基氯化物和苯酰氯化物通常是在包含在鎳200 的使用范圍里。該材料對(duì)中性和堿性眼溶液具有優(yōu)異的耐蝕性。即使在非常嚴(yán)酷的暴露條件下，腐蝕速率通常小于0.13mm/a。
氟和氯
雖然氟和氯強(qiáng)氧化劑會(huì)與金屬反應(yīng)，但在特定條件下鎳200 可以成功的在這種條件下應(yīng)用。在室溫下鎳200 形成保護(hù)性氟化物膜可以處理在低溫下處理氟。在較高溫度下，201 比200 更好。鎳200 在低溫下能有效抵御干氯。氯化氫（由氫和氯組成）在干的狀態(tài)下的行為與干氯相似。在低溫濕氯或溫度低于露點(diǎn)的濕氯化氫中，鎳200 的行為與鹽酸中有些相似。已發(fā)現(xiàn).25%的濕氯化氫不會(huì)影響鎳200 的腐蝕速率， 0.008mm/a為在205°C下濕和干氣體的腐蝕速率。
溴
已發(fā)現(xiàn)鎳200 在室溫商品化干燥的溴加上硫磺酸中的腐蝕速率為0.001 mm/a在水飽和的溴中腐蝕速率為0.064mm/a。該材料也抵抗蒸發(fā)溴的侵蝕。
苯酚
由于鎳200 可以保護(hù)本分不致污染和變色，苯酚通常存儲(chǔ)和運(yùn)輸均使用鎳200-復(fù)合板罐和罐車。

加工

加熱和酸洗
鎳200 可以在其重結(jié)晶溫度以上很寬的溫度范圍內(nèi)退火。對(duì)經(jīng)過(guò)很大冷變形的材料，溫度可以低到595°C 到650°C，但從實(shí)用性考慮，溫度范圍通常為高于705°C到925°C。由于缺少在更復(fù)雜合金中的能夠抑制晶粒長(zhǎng)大的一定量的殘留元素和第二相，鎳200 在較高溫度下的晶粒長(zhǎng)大非?？臁D10 為各種退火溫度對(duì)晶粒尺寸的影響。在較高溫度下，在溫度下暴露的時(shí)間必須嚴(yán)格監(jiān)控來(lái)控制晶粒尺寸的過(guò)分長(zhǎng)大。
在分批箱式爐、釜或開式爐中退火通常的溫度范圍為705°C到815°C，根據(jù)零件截面
尺寸和所包含的冷做量，退火時(shí)間為30 分鐘到3 小時(shí)不等。鎳200 有相對(duì)較高的熱傳導(dǎo)率，因此加熱速率相對(duì)較高。冷卻速度要求不嚴(yán)格；淬火不必要，除非作為減少熱處理循環(huán)的時(shí)間或部分的減少在氧化性氣氛中加熱和冷卻時(shí)表面的氧化。這種減少氧化的方法是在含2%酒精的水中淬火。一種松軟的氧化物會(huì)存在，但可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的酸洗溶液消除。在推進(jìn)式、滾筒爐膛和傳送帶爐式的連續(xù)退火時(shí)，通常溫度范圍為790°C 到955°C，在熱區(qū)的時(shí)間為15 到45 分鐘。帶材和線材可以成束的退火，溫度范圍為870°C 到1040°C，時(shí)間為在熱區(qū)從5 到10 分鐘知道幾秒鐘。

圖10圖 開式退火條件對(duì)鎳200 晶粒尺寸的影響
制造廠應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立專門的熱處理方法，通過(guò)選擇合適的溫度范圍和處理方式來(lái)提供合適的晶粒尺寸和性能。細(xì)到中等晶粒尺寸對(duì)保持在成型過(guò)程中的平滑表面是必須的，其尺寸為0.025到0.10mm，對(duì)應(yīng)的ASME 晶粒尺寸為7-1/2 到3-1/2。在925℃退火1 小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間將導(dǎo)致硬度大約在Rockwell B 20 到40 之間。這種處理通常被叫做軟化退火，由于其機(jī)械性能低并且晶粒結(jié)構(gòu)粗大，僅在特殊應(yīng)用如爆裂膜片中使用。退火應(yīng)該在還原氣氛中進(jìn)行以保持光亮表面，常用干氫氣和分離氨；但更經(jīng)濟(jì)的氣氛如部分燃燒過(guò)的天然氣也能提供適當(dāng)?shù)墓饬炼取Ｓ捎诖嬖谖ｋU(xiǎn)的晶間氧化，應(yīng)避免在高溫氧化性氣氛中加熱。鎳200對(duì)硫磺和如鉛、錫、鋅和鉍等低熔點(diǎn)金屬的晶間侵蝕非常敏感。在實(shí)際使用時(shí)在加熱前應(yīng)該特別小心除去所有的潤(rùn)滑劑、標(biāo)記、車間灰塵等。
冷、熱成型
熱成型：鎳200 可以方便的進(jìn)行各種形狀的熱成型。在成型中合適的溫度是達(dá)到熱延展性的重要因素。推薦的熱成型溫度范圍為650°-1230°C。所有大變形量的鍛造應(yīng)該在870°C以上進(jìn)行，該材料在此溫度以下很快會(huì)變硬。但在該溫度下的輕微鍛造會(huì)產(chǎn)生更高的機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)室對(duì)環(huán)狀應(yīng)用的鍛件盤的實(shí)驗(yàn)表明在650°C對(duì)材料進(jìn)行50%的變形可以提高其在650°C的拉伸性能。熱彎曲的佳溫度范圍為870°- 1230°C。在操作中均應(yīng)注意避免將鎳200 在1230°C以上進(jìn)行加熱。
加熱鎳200 的爐子應(yīng)該設(shè)計(jì)成在氣體接觸到金屬之前就燃燒。好使用無(wú)硫的氣體和燃油。如果采取合適的措施低硫含量的燃油（低于0.5%）可以達(dá)到良好的結(jié)果。加熱鎳200 的氣體的總含硫量不能含超過(guò)30/100 立方英尺氣體（0.68 克/立方米），好不要超過(guò)15/100 立方英尺氣體（0.34克/立方米）。在此還原性氣氛對(duì)避免氧化是必須的。金屬應(yīng)該裝入預(yù)加熱的爐子并在達(dá)到需要的溫度后盡快取出快速加工。應(yīng)該提供鋼軌或其它支撐來(lái)防止金屬接觸爐子的底部或側(cè)邊。有時(shí)防止金屬被爐頂散裂物污染也是必要的。
冷成型
鎳200 可以使用現(xiàn)有的冷成型方法加工?？偟膩?lái)說(shuō)，除了由于鎳200 具有更高的彈性極限而使它在成型加工時(shí)需要更大的動(dòng)力外，它的其它行為和低碳鋼類似。因此，手工操作如旋壓、手工錘打等僅限于簡(jiǎn)單形狀。大加工量的手工成型只能通過(guò)頻繁的退火來(lái)軟化來(lái)達(dá)到。吸拔和深沖模具由灰鐵、冷硬鐵和鑄造合金作成。鍍鉻硬化鋼、碳化鎢和鉆石模具被用來(lái)做線材拉絲模。所有模具表面應(yīng)該高度拋光。動(dòng)物脂肪、肥皂、硫基油、豬油提煉的潤(rùn)滑油和類似的中潤(rùn)滑劑被用在與冷加工相關(guān)的操作上。冷軋薄板和帶材可以在垂直軋制方向的彎曲軸上彎曲非常大的角度。不論是退火或消應(yīng)力回火的鎳200 冷凝管都可以方便的漲到換熱器的管板中。在冷拔或大變形操作結(jié)果中使用軟回火材料在大多數(shù)情況下通常將得到滿意。冷軋（非延展校平）并退火的薄板對(duì)旋壓和其它手工加工是佳的條件。