鎳201/N5

 鎳201/N5
W. Nr.2.4061 和2.4068
ISO NW2201
UNS N02201
 

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，但它可以通過冷做達(dá)到中等強(qiáng)度水平并保持其延展性。
    鎳201（UNS N02201/W. Nr.2.4061 和2.4068/N5）是鎳200的低碳版本。由于鎳201 本質(zhì)上的硬度較低,而且加工硬化速率也較低,因此特別適合做旋壓和冷成型。相較鎳200 而言，鎳201 更適合在溫度高于315°C的場(chǎng)合使用。
它和鎳200一樣，均具有良好的機(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201 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。典型應(yīng)用為堿蒸發(fā)器、燃燒船、電鍍棒和電子部件。
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

機(jī)械性能

表5 常溫機(jī)械性能

高溫性能

鎳201 在較高溫度下的機(jī)械性能見圖1-圖3。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1-退火鎳201 的高溫拉伸性能                         圖2-退火鎳201 的典型蠕變強(qiáng)度
 

            圖3 退火鎳201 的斷裂強(qiáng)度

金相結(jié)構(gòu)

鎳201 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。。

腐蝕抗力

鎳201具有鎳200的優(yōu)異的抗腐蝕性能。由于它是一種低碳材料（高0.02%）鎳201在長(zhǎng)期處于315-760℃下、而且沒有與含碳材料接觸的情況下不會(huì)出現(xiàn)由于晶間碳或石墨的析出而發(fā)生的脆化。因此在溫度超過315℃的情況下鎳201被鎳200更受歡迎。鎳201被用做必須能夠承受爐溫直到1100℃下氧化的實(shí)驗(yàn)室坩堝。在溫度高于315℃的情況下，該材料會(huì)發(fā)生硫化物引起的晶間脆化。
苛性鈉
鎳201 被大量用來處理苛性鈉。在圖4的等腐蝕曲線圖中，僅在苛性鈉濃度高于75%并接近沸點(diǎn)的情況腐蝕速率才開始超過0.025mm/年。如鎳200一樣，鎳201在苛性堿中也會(huì)形成一種氧化膜來保護(hù)它自己。如：在苛性堿溶液中（2kg技術(shù)級(jí)片堿溶在500cc 水中）420-445℃下24 小時(shí)內(nèi)的腐蝕速率為0.53mm/年；在該時(shí)間內(nèi)，形成了氧化層。在一周以后，第二周的腐蝕速率在實(shí)驗(yàn)終止時(shí)降低到0.07mm/年。實(shí)驗(yàn)室中在各種不同濃度的氫氧化鈉溶液中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。在沸騰溫度下實(shí)驗(yàn)的一些試樣上發(fā)現(xiàn)了典型的薄的黑色氧化膜。堿中的氯酸鹽會(huì)加速腐蝕，因此應(yīng)該盡大努力去除。可氧化的硫化物也是有害的，但通過添加過養(yǎng)化鈉將其變?yōu)榱蛩猁}可以減少其影響。在某些存在硫酸鹽的高溫堿的應(yīng)用領(lǐng)域，由于合金INCONEL 600 更高的抗硫脆能力而取代鎳201。


圖4 鎳201 在苛性鈉中的等腐蝕速率圖

圖5 鎳201 在氫氧化鈉中的腐蝕
氟和氯
與其它商業(yè)化的材料和合金相比，鎳201具有出色的抗干氟能力。表6給出了一些典型的腐蝕速率。鎳201和INCONEL600合金是在較高溫度的氯或氯化氫中使用的實(shí)用的合金。表7給出了對(duì)于連續(xù)長(zhǎng)期服役使用的各種腐蝕速度和建議的高溫度。由于長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)表明會(huì)形成保護(hù)性氯化物，這些溫度極限相信是比較保守的。比如：500小時(shí)的實(shí)驗(yàn)室無水氯化氫酸性氣體500℃實(shí)驗(yàn)表明鎳201的腐蝕速率僅為0.08mm/年。研究發(fā)現(xiàn)了在氯化氫中0.25%的濕氣對(duì)鎳201在540℃腐蝕的影響。見表8。鎳201已經(jīng)被成功的使用在溫度直到540℃的氯化裝置和溫度為425°-540℃的氯化鋯升華用柱狀回轉(zhuǎn)爐中。

表6 鎳201 在干氟中的腐蝕

表7 鎳201在干氯和干氯化氫中的腐蝕

表8鎳201 在540℃氯化氫中的腐蝕

a：濕氣含量大約為0.25%

如果不存在可以破壞并去除保護(hù)性氟化物膜的流動(dòng)狀態(tài)下，鎳201可以有效的使用在中。通風(fēng)或存在氧化性化學(xué)物品會(huì)增加腐蝕速率。這方面性能的一個(gè)例子為：在500°-595℃下無水氟化氫（氣體）中的腐蝕速率為
0.91mm/年。
加工制造
鎳201可以用現(xiàn)有的手段方便的成型。除了其機(jī)械性能范圍比鎳200稍低以外，所有其它程序應(yīng)該與鎳200一樣。與鎳200相比退火溫度應(yīng)該低
30°-55℃或者保溫時(shí)間短10-20%。