ניקל 200 לעומת ניקל 201: תוכן נמוך בפחמן ושירות-טמפרטורות גבוה - ידע

ניקל 200 וניקל 201 שניהם טהורים מסחרית (99.6% דקות) ניקל יצוק, אך הבדל קטן בתכולת הפחמן - הרבה מתחת לאחוז אחד - קובע אם רכיב נשאר רקיע או הופך שביר בטמפרטורה גבוהה. מדריך זה מסביר בדיוק מה המשמעות של ההבדל הזה עבור בחירת החומר, הייצור וחיי השירות.

Nickel 200 vs Nickel 201

ניקל 200 (UNS N02200) וניקל 201 (UNS N02201) שניהם סגסוגות ניקל מחושלות טהורות מסחריות עם אותו הרכב בסיס, אבל לניקל 201 יש תכולת פחמן מקסימלית נמוכה בהרבה - 0.02% לעומת 0.15% עבור ניקל 200 -, מה שמונע את הבחירה של ניקל בטמפרטורה גבוהה 20em שירות מעל 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות).

שתי הדרגות הן לפחות 99.0% ניקל (בדרך כלל 99.6% ומעלה במוצר מסחרי), עם תוספות קטנות ומבוקרות היטב של מנגן, ברזל ונחושת. פחמן הוא היסוד היחיד שמוגבל בכוונה הרבה מתחת לרמתו הרגילה בניקל 201, מכיוון שבטמפרטורה גבוהה פחמן מתנהג בצורה שונה מאוד בשתי הדרגות הללו - עם השלכות אמיתיות על חוזק וקשיחות.

אֵלֵמֶנט	ניקל 200 (UNS N02200)	ניקל 201 (UNS N02201)
ניקל + קובלט (Ni + Co)	99.0% דקות	99.0% דקות
פחמן (C)	מקסימום 0.15%	מקסימום 0.02%
מנגן (Mn)	מקסימום 0.35%	מקסימום 0.35%
ברזל (Fe)	מקסימום 0.40%	מקסימום 0.40%
נחושת (Cu)	0.25% מקסימום	0.25% מקסימום
סיליקון (Si)	מקסימום 0.35%	מקסימום 0.35%
גופרית (S)	מקסימום 0.01%	מקסימום 0.01%

טבלה 1. מגבלות הרכב כימי לפי ASTM B160 / B162 (הערכים הם אחוזי משקל).

ניקל 200 מתאים ביותר ליישומי חדר- ו-טמפרטורות בינוניות הדורשים עמידות מצוינת בפני קורוזיה, מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה וקלות ייצור - כולל טיפול בסודה קאוסטית, עיבוד מזון ורכיבים אלקטרוניים וחשמליים.

תכולת הפחמן המותרת הגבוהה יותר של ניקל 200 אינה פגם - זה פשוט אומר שהדרגה מעולם לא נועדה לשימוש ממושך בטמפרטורה גבוהה-. מתחת לכ-600 מעלות פרנהייט (315 מעלות ), לתכולת הפחמן אין השפעה משמעותית על ההתנהגות המכנית, ולכן ניקל 200 מתפקד מצוין ובדרך כלל עולה פחות לייצור מאשר ה-Nikkel 201 המבוקרת-הדוקה יותר.

יישומי ניקל 200 טיפוסיים

סודה קאוסטית (נתרן הידרוקסיד) וציוד לטיפול באלקלי
ציוד לעיבוד-מזון הדורש זיהום מתכתי נמוך
רכיבים חשמליים ואלקטרוניים (חוטי עופרת, מחברים, מיגון)
משלוח תופים ותופים כימיים עבור מוצרים-בטוהר גבוה
רכיבים ימיים ומים מתוקים מתחת ל-600 מעלות פרנהייט (315 מעלות)

ניקל 201היא גרסת הפחמן הנמוכה- של ניקל טהור מסחרית, המיוצרת במיוחד כדי לעמוד בפני גרפיטציה ושבירות מעל 600 מעלות F (315 מעלות ), מה שהופך אותה לדרגה הסטנדרטית עבור חלקי תנור, ציוד תהליך- גבוה בטמפרטורה, וכל רכיב ניקל שיראה חום מתמשך בשימוש.

בטמפרטורות מעל בערך 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות), פחמן בניקל 200 יכול לזרז מתוך תמיסה מוצקה כגרפיט, להתרכז בגבולות התבואה.

פחמן גרפי זה אינו מחזק את המתכת כפי שקרבידים מחזקים פלדה - במקום זאת, הוא יוצר רשת של נקודות תורפה שמפחיתה בחדות את המשיכות וקשיחות ההשפעה, מצב כשל הנקרא בדרך כלל התפרקות בטמפרטורה גבוהה-. מכיוון שתכולת הפחמן של ניקל 201 מוגבלת ל-0.02%, אין מספיק פחמן כדי ליצור רשת גרפיט מזיקה, כך שהסגסוגת שומרת על המשיכות והקשיחות שלה גם לאחר חשיפה ממושכת לטמפרטורה-ת גבוהה.

יישומי ניקל 201 טיפוסיים

רכיבי תנורים וגופי-טיפול בחום
מאיידים קאוסטיים ושירות אלקלי-בטמפרטורה גבוהה
חומרת צינורות אלקטרונים ו-תנור ואקום
ציוד לעיבוד כימי הפועל מעל 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות)
מכלולים מרותכים שיראו חום לאחר-ריתוך או-בשירות מעל 600 מעלות F (315 מעלות)

תכולת הפחמן שולטת בסיכון ההתפרקות מכיוון שלניקל יש מסיסות מוצקה נמוכה מאוד לפחמן בטמפרטורה גבוהה; עודף פחמן משקע כגרפיט לאורך גבולות התבואה, וככל שיש יותר פחמן, כך רשת הגרפיט הופכת צפופה יותר ומזיקה יותר.

Carbon Content Cause High-Temperature Embrittlement

זו בעיית מסיסות, לא בעיית חוזק. שלא כמו בפלדה, שבה פחמן יוצר קרבידים קשים ומחזקים, הפחמן בניקל פשוט עולה על מה שהמתכת יכולה להחזיק בתמיסה כשהטמפרטורה עולה ואז נופל כגרפיט רך וחלש. ההשלכות המעשיות על בחירת כיתה הן ישירות:

ניקל 201 (0.02% C max): פחמן נשאר נמוך מספיק כדי שמעט או לא ייווצר גרפיט, אפילו לאחר חשיפה ממושכת מעל 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות). הגמישות והקשיחות נשמרות.

ניקל 200 (0.15% C max): תכולת הפחמן גבוהה מספיק כדי שמשקעי גרפיט יתגלו בסבירות גבוהה מעל 600 מעלות F (315 מעלות ), במיוחד עם קירור איטי או זמני שהייה ארוכים, וכתוצאה מכך אובדן ניתן למדידה של קשיחות הפגיעה והמשיכות.

זו הסיבה לכך שהסף של 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות) מטופל כגבול קשה בפרקטיקה של מפרט ועיצוב, במקום קו מנחה גס: מתחתיו, כל אחת מהדרגות פועלת בצורה מהימנה; מעליו, רק ניקל 201 מומלץ לשירות מתמשך.

בטמפרטורת החדר, לניקל 200 ולניקל 201 תכונות מכניות ופיזיות זהות בעצם; ההבדל הופך משמעותי רק לאחר חשיפה ממושכת מעל 600 מעלות F (315 מעלות), כאשר ניקל 200 מאבד משיכות וקשיחות בעוד שניקל 201 שומר על שניהם.

נכס (טיפוסי, חישול)	ניקל 200	ניקל 201
חוזק מתיחה, דקות	55 ksi (380 MPa)	55 ksi (380 MPa)
חוזק תפוקה (0.2% קיזוז), מינימום	15 ksi (105 MPa)	15 ksi (105 MPa)
התארכות, דקות	40%	40%
טווח התכה	≈ 2615-2635 מעלות פרנהייט (1435-1446 מעלות)	≈ 2615-2635 מעלות פרנהייט (1435-1446 מעלות)
מקסימום טמפרטורת שירות רציפה מומלצת.	≈ 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות)	≈ 1200 מעלות פרנהייט (650 מעלות ) ומעלה, לכל יישום
גמישות/קשיחות לאחר חשיפה ממושכת ל-טמפרטורה גבוהה	מופחת (סיכון גרפיטיזציה)	נשמר

טבלה 2. מאפיינים מכניים ופיזיקליים מייצגים לפי ASTM B160 / B161 / B162.

לִבחוֹרניקל 200לשירות-חסכוני, חדר- עד בינוני-טמפרטורות ביישומי מוליכות קורוזיביים או-גבוהים; בחר ניקל 201 עבור כל רכיב הפועל ברציפות מעל 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות ), או עבור ריתוכים אשר יחוו חום מתמשך לאחר מכן.

קריטריון בחירה	ציון מומלץ
ייצור כללי, מתחת ל-600 מעלות פרנהייט (315 מעלות)	ניקל 200
טיפול בסודה קאוסטית בטמפרטורת סביבה / מתונה	ניקל 200
שירות מתמשך מעל 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות)	ניקל 201
חלקי תנור, מתקנים לטיפול בחום{{0}	ניקל 201
רכיבים חשמליים/אלקטרוניים (מונעי-מוליכות)	ניקל 200
מכלולים מרותכים חשופים לחום בשירות	ניקל 201
ציוד לפי מזון{{0} בטמפרטורת החדר	ניקל 200

טבלה 3. מדריך מהיר לבחירת ציונים-.

כאשר עיצוב נופל קרוב לסף של 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות ), או כאשר רכיב יהיה מרותך ומחומם בשירות, הנוהג הבטוח והסטנדרטי יותר הוא לציין ניקל 201 במקום להסתכן בגרפיטיזציה בניקל 200. ההבדל בעלויות הצנוע בין שתי הדרגות הוא מינורי בהשוואה לעלות של כשל בשירות{{4}.

בקצרה, טיולים מזדמנים מעל 600 מעלות פרנהייט (315 מעלות ) נסבלים בדרך כלל, שכן גרפיטיזציה היא תהליך תלוי זמן- וטמפרטורה-. עם זאת, ניקל 200 אינו מומלץ לשירות רציף או חוזר מעל סף זה, כאשר חשיפה מצטברת מגבירה את הסיכון להתפרקות.

האם ניקל 201 יקר יותר מניקל 200?

ניקל 201 נושאת בדרך כלל פרמיית מחיר צנועה על פני ניקל 200, המשקפת את הזיקוק הנוסף הנדרש כדי להחזיק פחמן ב-0.02% או מתחת. ביישומי טמפרטורות- גבוהות, הפרמיה הזו היא מינורית בהשוואה לעלות של כשל בטרם עת כתוצאה מהתפרקות גרפיט.

האם לניקל 200 ולניקל 201 יש את אותה עמידות בפני קורוזיה?

כֵּן. עמידות בפני קורוזיה בשתי הכיתות מגיעה ממטריצת הניקל עצמה, ולא מתכולת הפחמן, ולכן ניקל 200 וניקל 201 מתפקדים באופן שווה במלח קאוסטי, ניטרלי, ובסביבות אורגניות ועיבוד מזון- רבות.

האם ניתן לרתך ניקל 201 ללא אמצעי זהירות מיוחדים?

ריתוך ניקל 201 באמצעות נוהלי ריתוך ניקל סטנדרטיים ומתכות מילוי, ותכולת הפחמן הנמוכה שלו למעשה מפחיתה את הסיכון של-השפעת-אזור החום בהשוואה לריתוך ניקל 200. אמצעי זהירות סטנדרטיים של ניקיון ומיגון עבור ניקל טהור עדיין חלים.

כיצד מתגלה או מונע גרפיטיזציה בניקל 200?

גרפיטיזציה מזוהה בדרך כלל באמצעות בדיקה מטאלוגרפית או אובדן קשיחות הפגיעה בבדיקות מכניות לאחר חשיפה לטמפרטורה- גבוהה. המניעה האמינה ביותר אינה טיפול בחום אלא החלפת חומר: ציון ניקל 201 בכל מקום שבו טמפרטורת השירות הממושכת תעלה על 600 מעלות F (315 מעלות ).