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在很多領域是非常有用的，如：化學過程和電子行業等。鎳對各種還原性化學物質有一定抗力，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的場合使用。
它和鎳200一樣，均具有良好的機械性能和優異的在很多腐蝕環境的抗力。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壓。鎳201 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。典型應用為堿蒸發器、燃燒船、電鍍棒和電子部件。
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

機械性能

表5 常溫機械性能

高溫性能

鎳201 在較高溫度下的機械性能見圖1-圖3。鎳200通常被限制在低于315°C下使用。在高溫下鎳200產品會發生石墨化，這會使產品的性能嚴重下降。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1-退火鎳201 的高溫拉伸性能                         圖2-退火鎳201 的典型蠕變強度
 

            圖3 退火鎳201 的斷裂強度

金相結構

鎳201 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的優異的抗腐蝕性能。由于它是一種低碳材料（高0.02%）鎳201在長期處于315-760℃下、而且沒有與含碳材料接觸的情況下不會出現由于晶間碳或石墨的析出而發生的脆化。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℃下氧化的實驗室坩堝。在溫度高于315℃的情況下，該材料會發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在苛性堿中也會形成一種氧化膜來保護它自己。如：在苛性堿溶液中（2kg技術級片堿溶在500cc 水中）420-445℃下24 小時內的腐蝕速率為0.53mm/年；在該時間內，形成了氧化層。在一周以后，第二周的腐蝕速率在實驗終止時降低到0.07mm/年。實驗室中在各種不同濃度的氫氧化鈉溶液中的實驗結果見圖5。在沸騰溫度下實驗的一些試樣上發現了典型的薄的黑色氧化膜。堿中的氯酸鹽會加速腐蝕，因此應該盡大努力去除。可氧化的硫化物也是有害的，但通過添加過養化鈉將其變為硫酸鹽可以減少其影響。在某些存在硫酸鹽的高溫堿的應用領域，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用的合金。表7給出了對于連續長期服役使用的各種腐蝕速度和建議的高溫度。由于長期實驗表明會形成保護性氯化物，這些溫度極限相信是比較保守的。比如：500小時的實驗室無水氯化氫酸性氣體500℃實驗表明鎳201的腐蝕速率僅為0.08mm/年。研究發現了在氯化氫中0.25%的濕氣對鎳201在540℃腐蝕的影響。見表8。鎳201已經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性氟化物膜的流動狀態下，鎳201可以有效的使用在中。通風或存在氧化性化學物品會增加腐蝕速率。這方面性能的一個例子為：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可以用現有的手段方便的成型。除了其機械性能范圍比鎳200稍低以外，所有其它程序應該與鎳200一樣。與鎳200相比退火溫度應該低
30°-55℃或者保溫時間短10-20%。