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在很多領域是非常有用的，如：化學過程和電子行業(yè)等。鎳對各種還原性化學物質(zhì)有一定抗力，而對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電和導熱性能，同時居里溫度也更高，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較低，但它可以通過冷做達到中等強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包括其磁性能、磁致伸縮性能、高的導熱和導電性能、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如食品、人造纖維以及苛性堿等需要保證產(chǎn)品純凈的應用中特別有用。在結構應用中當腐蝕抗力是主要考慮因素時使用也很廣泛。其它的使用包括化學制品的輸送桶、電子電氣部件、航空航天以及部件。
表1 牌號及標準

表2 化學成分

表3 物理性能

表4 退火鎳的物理性能

表5 彈性模量

機械性能

表6 常溫下的機械性能

對于厚度小于1.27mm的，建議使用洛氏表面硬度或維氏硬度試驗。

 
   圖1 鎳200棒的拉伸性能和硬度的大致關系        圖2 鎳200薄板和帶材的拉伸性能和硬度的大致關系
扭轉(zhuǎn)強度
鎳200的扭轉(zhuǎn)性能見表7。開裂強度是按照假設在整個橫斷面上的剪切應力相等時會發(fā)生開裂來計算的。


表7 冷拔棒扭轉(zhuǎn)性能（直徑25mm）

表8 鎳200的剪切強度

高溫性能

鎳200 在較高溫度下的機械性能見圖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)品會發(fā)生石墨化，這會使產(chǎn)品的性能嚴重下降。在315°C以上使用時，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 批準的結構材料。鎳200批準的使用溫度可以達到315°C，鎳201批準的服役溫度可達到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的典型蠕變強度

低溫性能

鎳200的低溫拉伸性能見表9和10。圖5 為材料從室溫到低溫的應力應變曲線。疲勞和缺口疲勞強度見圖6和圖7，低溫沖擊強度見圖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棒材低溫應力應變圖


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


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

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

金相結構

鎳200 是一種面心立方結構的固溶合金。微觀結構中通常典型的表現(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)的暴露時間將產(chǎn)生石墨沉淀物（見圖9）。由于這個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對苛性堿的優(yōu)異抗力就是基于這一種保護的。在所有的環(huán)境中，當涉及溫度高于315°C時，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。在大氣暴露實驗中的結果見表15和16。在1957年的實驗中，點蝕深度和機械性能的損失幾乎為零。
水
鎳200 對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)來抵抗硫化氫和鹽
水腐蝕。鎳200 在流動的海水（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物的污垢或其它沉積下可能出現(xiàn)非常嚴重的局部腐蝕。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，腐蝕速度開始時非常高但在環(huán)境中含有利形成保護膜時隨時間推移腐蝕速度會降低。但鐵的腐蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)會干擾這種保護膜的形成。為防止侵蝕，在這類系統(tǒng)中應該帶有供水消氣泡裝置或除去不可壓縮（凝縮）物質(zhì)的設備。
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加速腐蝕。一些典型的數(shù)據(jù)見表9。
表9表17-鎳200 在硫酸中的腐蝕（實驗室結果）

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)物氯化鎳在這個濃度范圍的溶解度相對較低。因此，在溶液在高流速的情況下使用時一定要小心。同樣提高溫度和充氣將加速腐蝕。當使用在含飽和空氣、高于室溫的鹽酸時濃度通常限制小于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 對無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%的商用等級酸也可以造成鎳200 的嚴重腐蝕。
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。有機酸通常如果含氣量不是很高的情況下鎳200 對有機酸的抗力是非常優(yōu)異的。它對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苛性鈉和其它堿類的抗力。（氫氧化銨除外。鎳200 不會被無水氨或濃度為1%的氫氧化銨侵蝕，更高的濃度會引起快速侵蝕。）已證實該材料在工廠的許多涉及堿的工藝中得到應用。在苛性鈉中鎳200對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來自在溶液中暴露時形成的黑色保護膜。氧化鎳膜導致在大多數(shù)條件下長時間暴露時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，應該盡大努力來消除它們。可氧化的硫化物也有增加苛性鈉對鎳200腐蝕性的傾向；增加足量的過氧化鈉來使硫化物氧化成硫酸鹽將抵消這種情況。

表11 鎳200在50%苛性鈉中的實驗室腐蝕實驗

該金屬在氯化物鹽中均不會遭受應力腐蝕開裂并對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鐵、二價銅和水銀腐蝕性都非常強，在與鎳200 一起使用時僅能在低濃度下。四氯化錫的氧化性較低，鎳200 對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期使用鎳200 的大的安全極限為氯含量為500ppm。對斷續(xù)使用并在中間有漂洗清潔操作的情況濃度達到3 克/升是允許的。在漂白工藝中，會用到硅酸鈉（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、、亞硝酰基氯化物、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。該材料對中性和堿性眼溶液具有優(yōu)異的耐蝕性。即使在非常嚴酷的暴露條件下，腐蝕速率通常小于0.13mm/a。
氟和氯
雖然氟和氯強氧化劑會與金屬反應，但在特定條件下鎳200 可以成功的在這種條件下應用。在室溫下鎳200 形成保護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 可以保護本分不致污染和變色，苯酚通常存儲和運輸均使用鎳200-復合板罐和罐車。

加工

加熱和酸洗
鎳200 可以在其重結晶溫度以上很寬的溫度范圍內(nèi)退火。對經(jīng)過很大冷變形的材料，溫度可以低到595°C 到650°C，但從實用性考慮，溫度范圍通常為高于705°C到925°C。由于缺少在更復雜合金中的能夠抑制晶粒長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大非常快。圖10 為各種退火溫度對晶粒尺寸的影響。在較高溫度下，在溫度下暴露的時間必須嚴格監(jiān)控來控制晶粒尺寸的過分長大。
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，退火時間為30 分鐘到3 小時不等。鎳200 有相對較高的熱傳導率，因此加熱速率相對較高。冷卻速度要求不嚴格；淬火不必要，除非作為減少熱處理循環(huán)的時間或部分的減少在氧化性氣氛中加熱和冷卻時表面的氧化。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存在，但可以通過標準的酸洗溶液消除。在推進式、滾筒爐膛和傳送帶爐式的連續(xù)退火時，通常溫度范圍為790°C 到955°C，在熱區(qū)的時間為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 開式退火條件對鎳200 晶粒尺寸的影響
制造廠應該根據(jù)經(jīng)驗建立專門的熱處理方法，通過選擇合適的溫度范圍和處理方式來提供合適的晶粒尺寸和性能。細到中等晶粒尺寸對保持在成型過程中的平滑表面是必須的，其尺寸為0.025到0.10mm，對應的ASME 晶粒尺寸為7-1/2 到3-1/2。在925℃退火1 小時或更長時間將導致硬度大約在Rockwell B 20 到40 之間。這種處理通常被叫做軟化退火，由于其機械性能低并且晶粒結構粗大，僅在特殊應用如爆裂膜片中使用。退火應該在還原氣氛中進行以保持光亮表面，常用干氫氣和分離氨；但更經(jīng)濟的氣氛如部分燃燒過的天然氣也能提供適當?shù)墓饬炼取Ｓ捎诖嬖谖ｋU的晶間氧化，應避免在高溫氧化性氣氛中加熱。鎳200對硫磺和如鉛、錫、鋅和鉍等低熔點金屬的晶間侵蝕非常敏感。在實際使用時在加熱前應該特別小心除去所有的潤滑劑、標記、車間灰塵等。
冷、熱成型
熱成型：鎳200 可以方便的進行各種形狀的熱成型。在成型中合適的溫度是達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該在870°C以上進行，該材料在此溫度以下很快會變硬。但在該溫度下的輕微鍛造會產(chǎn)生更高的機械性能。實驗室對環(huán)狀應用的鍛件盤的實驗表明在650°C對材料進行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。在操作中均應注意避免將鎳200 在1230°C以上進行加熱。
加熱鎳200 的爐子應該設計成在氣體接觸到金屬之前就燃燒。好使用無硫的氣體和燃油。如果采取合適的措施低硫含量的燃油（低于0.5%）可以達到良好的結果。加熱鎳200 的氣體的總含硫量不能含超過30/100 立方英尺氣體（0.68 克/立方米），好不要超過15/100 立方英尺氣體（0.34克/立方米）。在此還原性氣氛對避免氧化是必須的。金屬應該裝入預加熱的爐子并在達到需要的溫度后盡快取出快速加工。應該提供鋼軌或其它支撐來防止金屬接觸爐子的底部或側(cè)邊。有時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。總的來說，除了由于鎳200 具有更高的彈性極限而使它在成型加工時需要更大的動力外，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單形狀。大加工量的手工成型只能通過頻繁的退火來軟化來達到。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做線材拉絲模。所有模具表面應該高度拋光。動物脂肪、肥皂、硫基油、豬油提煉的潤滑油和類似的中潤滑劑被用在與冷加工相關的操作上。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）并退火的薄板對旋壓和其它手工加工是佳的條件。