النيكل 200 مقابل النيكل 201: محتوى منخفض الكربون وخدمة درجة الحرارة المرتفعة-

يعد كل من النيكل 200 والنيكل 201 نقيًا تجاريًا (99.6% على الأقل) من النيكل المطاوع، ولكن هناك اختلاف بسيط في محتوى الكربون - أقل بكثير من واحد بالمائة - يحدد ما إذا كان المكون سيبقى مطاوعًا أو يصبح هشًا عند درجة حرارة مرتفعة. يشرح هذا الدليل بالضبط ما يعنيه هذا الاختلاف بالنسبة لاختيار المواد والتصنيع ومدة الخدمة.

ما هو الفرق الأساسي بين النيكل 200 والنيكل 201؟

يعد كل من النيكل 200 (UNS N02200) والنيكل 201 (UNS N02201) من سبائك النيكل المطاوع النقية تجاريًا بنفس التركيبة الأساسية، ولكن يحتوي النيكل 201 على الحد الأقصى لمحتوى الكربون أقل بكثير - 0.02% مقابل 0.15% للنيكل 200 - مما يمنع تقصف الجرافيت عند درجة حرارة عالية ويجعل النيكل 201 الاختيار المطلوب للخدمة المستمرة أعلاه. 600 درجة فهرنهايت (315 درجة).

يحتوي كلا الصفين على 99.0% على الأقل من النيكل (عادة 99.6% أو أعلى في المنتجات التجارية)، مع إضافات صغيرة يتم التحكم فيها بإحكام من المنغنيز والحديد والنحاس. الكربون هو العنصر الوحيد الذي تم تحديده بشكل متعمد أقل بكثير من مستواه الطبيعي في النيكل 201، لأنه عند درجات الحرارة المرتفعة يتصرف الكربون بشكل مختلف تمامًا في هاتين الدرجتين - مع عواقب حقيقية على القوة والمتانة.

الجدول 1. حدود التركيب الكيميائي وفقًا لمعيار ASTM B160 / B162 (القيم هي النسبة المئوية للوزن).

ما هو أفضل استخدام للنيكل 200؟

يعتبر Nickel 200 مناسبًا بشكل أفضل للغرفة - وتطبيقات درجة الحرارة - المعتدلة التي تتطلب مقاومة ممتازة للتآكل، وموصلية حرارية وكهربائية عالية، وسهولة التصنيع - بما في ذلك التعامل مع الصودا الكاوية، ومعالجة الأغذية، والمكونات الإلكترونية والكهربائية.

لا يعد محتوى الكربون الأعلى المسموح به في Nickel 200 عيبًا -، بل يعني ببساطة أن الدرجة لم تكن مخصصة للاستخدام لفترة طويلة في درجات الحرارة العالية-. تحت درجة حرارة 600 درجة فهرنهايت (315 درجة )، ليس لمحتوى الكربون أي تأثير ملموس على السلوك الميكانيكي، لذا فإن أداء النيكل 200 ممتاز وعادةً ما تكون تكلفة إنتاجه أقل من-النيكل 201 الذي يتم التحكم فيه بشكل أكثر إحكامًا.

تطبيقات النيكل 200 النموذجية

• الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم) ومعدات معالجة القلويات
• معدات معالجة الأغذية-التي تتطلب تلوثًا معدنيًا منخفضًا
• المكونات الكهربائية والإلكترونية (أسلاك الرصاص، الموصلات، التدريع)
• براميل وحقائب شحن المواد الكيميائية للمنتجات عالية النقاء-.
• مكونات المياه البحرية والعذبة أقل من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)

ما هو النيكل 201 ولماذا يتم استخدامه في درجات الحرارة العالية؟

النيكل 201هو الإصدار المنخفض{0}}من الكربون من النيكل النقي تجاريًا، ويتم إنتاجه خصيصًا لمقاومة الجرافيت والتقصف عند درجة حرارة تزيد عن 600 درجة فهرنهايت (315 درجة )، مما يجعله الدرجة القياسية لأجزاء الأفران، ومعدات المعالجة ذات درجات الحرارة العالية-، وأي مكون من مكونات النيكل الذي سيشهد حرارة مستمرة أثناء الخدمة.

عند درجات حرارة أعلى تقريبًا من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)، يمكن أن يترسب الكربون الموجود في النيكل 200 من المحلول الصلب على شكل جرافيت، ويتركز عند حدود الحبوب.

لا يعمل هذا الكربون الجرافيتي على تقوية المعدن بالطريقة التي تعمل بها الكربيدات على تقوية الفولاذ - بدلاً من ذلك، فهو يشكل شبكة من نقاط الضعف التي تقلل بشكل حاد من الليونة ومتانة الصدمات، وهو وضع فشل يُطلق عليه عادةً -التقصف الناتج عن درجات الحرارة العالية. نظرًا لأن محتوى الكربون في النيكل 201 محدد بنسبة 0.02%، فلا يوجد ما يكفي من الكربون لتكوين شبكة جرافيت ضارة، لذلك تحتفظ السبيكة بمرونتها وصلابتها حتى بعد التعرض لفترة طويلة - لدرجة الحرارة العالية.

تطبيقات النيكل 201 النموذجية

• مكونات الفرن وتركيبات المعالجة الحرارية-.
• المبخرات الكاوية وخدمة القلويات ذات درجات الحرارة المرتفعة-.
• الأنابيب الإلكترونية وأجهزة الفرن-الفراغية
• معدات المعالجة الكيميائية التي تعمل بدرجة حرارة أعلى من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)
• التجميعات الملحومة التي سيتم لحامها بعد-أو في-درجة حرارة الخدمة أعلى من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)

كيف يتسبب محتوى الكربون في -التقصف الناتج عن درجات الحرارة العالية؟

يتحكم محتوى الكربون في مخاطر التقصف لأن النيكل لديه قابلية ذوبان صلبة منخفضة جدًا للكربون عند درجة حرارة عالية؛ يترسب الكربون الزائد على شكل جرافيت على طول حدود الحبوب، وكلما زاد الكربون الموجود، أصبحت شبكة الجرافيت أكثر كثافة وأكثر ضررًا.

هذه مشكلة ذوبان وليست مشكلة قوة. على عكس الفولاذ، حيث يتشكل الكربون بشكل صلب، مما يؤدي إلى تقوية الكربيدات، فإن الكربون الموجود في النيكل يتجاوز ببساطة ما يمكن أن يحتفظ به المعدن في المحلول مع ارتفاع درجة الحرارة ثم يتساقط على شكل جرافيت ناعم وضعيف. النتائج العملية لاختيار الدرجة مباشرة:

النيكل 201 (0.02% C كحد أقصى): يظل الكربون منخفضًا بدرجة كافية بحيث لا يتشكل سوى القليل من الجرافيت أو لا يتشكل على الإطلاق، حتى بعد التعرض لفترة طويلة فوق 600 درجة فهرنهايت (315 درجة). يتم الحفاظ على الليونة والمتانة.

النيكل 200 (0.15% C كحد أقصى): محتوى الكربون مرتفع بما فيه الكفاية بحيث يصبح من المحتمل أن يكون هطول الجرافيت أعلى من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)، خاصة مع التبريد البطيء أو فترات المكوث الطويلة، مما يؤدي إلى خسارة قابلة للقياس في صلابة الصدمات والليونة.

ولهذا السبب يتم التعامل مع عتبة 600 درجة فهرنهايت (315 درجة) باعتبارها حدًا صارمًا في المواصفات وممارسات التصميم، بدلاً من كونها مبادئ توجيهية تقريبية: تحتها، يؤدي أي من الدرجتين أداءً موثوقًا؛ وفوقه، يوصى باستخدام النيكل 201 فقط للخدمة المستدامة.

ما هي اختلافات الخصائص الميكانيكية والفيزيائية بين النيكل 200 والنيكل 201؟

في درجة حرارة الغرفة، يتمتع النيكل 200 والنيكل 201 بخصائص ميكانيكية وفيزيائية متطابقة بشكل أساسي؛ يصبح الفرق كبيرًا فقط بعد التعرض الممتد لأكثر من 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)، حيث يفقد النيكل 200 الليونة والمتانة بينما يحتفظ النيكل 201 بكليهما.

الجدول 2. الخصائص الميكانيكية والفيزيائية التمثيلية لكل ASTM B160 / B161 / B162.

ما هي الدرجة التي يجب أن تختارها لتطبيقك؟

يختارالنيكل 200من أجل-خدمة فعالة من حيث التكلفة، من غرفة- إلى درجة حرارة معتدلة-في تطبيقات الموصلية المسببة للتآكل أو العالية-؛ اختر Nickel 201 لأي ​​مكون يعمل بشكل مستمر فوق 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)، أو لعمليات اللحام التي ستتعرض لحرارة مستمرة بعد ذلك.

جدول 3. دليل سريع-لتحديد الدرجة المرجعية.

عندما يقع التصميم بالقرب من حد 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)، أو عندما يتم لحام أحد المكونات وتسخينه أثناء الخدمة، فإن الممارسة الأكثر أمانًا والمعيارية هي تحديد Nickel 201 بدلاً من مخاطر الجرافيت في Nickel 200. يعد فرق التكلفة المتواضع بين الدرجتين بسيطًا مقارنة بتكلفة -فشل الهشاشة أثناء الخدمة.

الأسئلة المتداولة

يتم التسامح عمومًا مع الرحلات العرضية القصيرة التي تزيد درجة حرارتها عن 600 درجة فهرنهايت (315 درجة)، نظرًا لأن الرسم البياني هو عملية تعتمد على الوقت- ودرجة الحرارة-. ومع ذلك، لا يُنصح باستخدام النيكل 200 للخدمة المستمرة أو المتكررة فوق هذا الحد، حيث يزيد التعرض التراكمي من خطر التقصف.

هل النيكل 201 أغلى من النيكل 200؟

يحمل النيكل 201 عادةً علاوة سعرية متواضعة مقارنة بالنيكل 200، مما يعكس التكرير الإضافي المطلوب للاحتفاظ بالكربون بنسبة 0.02% أو أقل. في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية-، تكون هذه العلاوة بسيطة مقارنة بتكلفة الفشل المبكر الناتج عن تقصف الجرافيت.

هل يتمتع النيكل 200 والنيكل 201 بنفس مقاومة التآكل؟

نعم. تأتي مقاومة التآكل في كلا الدرجتين من مصفوفة النيكل نفسها، وليس من محتوى الكربون، لذا فإن أداء النيكل 200 والنيكل 201 متساوٍ في الملح الكاوي والمحايد والعديد من بيئات المعالجة العضوية والغذائية.

هل يمكن لحام النيكل 201 بدون احتياطات خاصة؟

يتم لحام النيكل 201 باستخدام ممارسات لحام النيكل القياسية ومعادن الحشو، كما أن محتواه المنخفض من الكربون يقلل فعليًا من خطر تقصف المنطقة -المتأثرة- بالحرارة مقارنةً بلحام النيكل 200. ولا تزال احتياطات النظافة والحماية القياسية للنيكل النقي سارية.

كيف يتم اكتشاف أو منع الجرافيت في النيكل 200؟

يتم تحديد الرسم البياني عادةً من خلال فحص دراسة المعادن أو فقدان متانة الصدمات في الاختبارات الميكانيكية بعد التعرض لدرجات حرارة عالية. الوقاية الأكثر موثوقية ليست المعالجة الحرارية ولكن استبدال المواد: تحديد النيكل 201 حيثما تتجاوز درجة حرارة الخدمة المستدامة 600 درجة فهرنهايت (315 درجة).