ニッケル 200 とニッケル 201: 低炭素含有量と高温使用-

ニッケル 200 とニッケル 201 はどちらも商業的に純粋な (最小 99.6%) 鍛造ニッケルですが、炭素含有量のわずかな違い - が 1 パーセントをはるかに下回っています - が、コンポーネントが高温で延性を維持するか脆くなるかを決定します。このガイドでは、その違いが材料の選択、製造、耐用年数に対して何を意味するのかを正確に説明します。

ニッケル 200 とニッケル 201 の主な違いは何ですか?

ニッケル 200 (UNS N02200) とニッケル 201 (UNS N02201) はどちらも同じ基本組成を持つ商業的に純粋な鍛錬ニッケル合金ですが、ニッケル 201 の最大炭素含有量ははるかに低く - 0.02% であるのに対し、ニッケル 200 - は 0.15% です。これにより高温でのグラファイトの脆化が防止され、ニッケル 201 は上記の連続使用に必要な選択肢となります。 600 度 F (315 度)。

どちらのグレードもニッケルが少なくとも 99.0% (市販品では通常 99.6% 以上) であり、マンガン、鉄、銅が少量、厳密に制御されて添加されています。炭素は、ニッケル 201 の通常のレベルよりもはるかに低く意図的に制限されている 1 つの元素です。これは、高温では炭素がこれら 2 つのグレード - で大きく異なる挙動を示し、強度と靱性に実際の影響を与えるためです。

表 1. ASTM B160 / B162 による化学組成の制限 (値は重量パーセント)。

ニッケル 200 は何に最適ですか?

ニッケル 200 は、苛性ソーダの取り扱い、食品加工、電子部品や電気部品など、優れた耐食性、高い熱伝導率と電気伝導率、製造の容易さを要求する室温および中温-の用途に最適です。-

ニッケル 200 の許容炭素含有量が高いことは欠陥ではありません -。単に、そのグレードが長期間の高温での使用を意図していないことを意味します。-。約 600 度 (315 度) 未満では、炭素含有量は機械的挙動に有意な影響を及ぼさないため、ニッケル 200 は優れた性能を発揮し、通常、より厳格に管理されたニッケル 201 よりも製造コストが低くなります。-

典型的なニッケル 200 の用途

• 苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）・アルカリ処理装置
• 低金属汚染が要求される食品加工装置-
• 電気・電子部品（リード線、コネクタ、シールド）
• 高純度製品用の化学薬品輸送ドラムとトート-
• 海水および淡水成分は 600 度 F (315 度) 未満

ニッケル 201 とは何ですか? なぜ高温で使用されるのですか?

ニッケル201-商業用純ニッケルの低炭素版であり、特に 600 度 F（315 度）を超える温度での黒鉛化や脆化に耐えるように製造されており、炉部品、高温プロセス装置、および使用中に継続的に熱を受けるニッケル部品の標準グレードとなっています。-

およそ 600 度 F (315 度) を超える温度では、ニッケル 200 の炭素が固溶体からグラファイトとして析出し、粒界に集中することがあります。

この黒鉛状炭素は、炭化物が鋼を強化するように金属を強化するのではなく、-代わりに、延性を急激に低下させ、靱性に影響を与える弱点のネットワークを形成します。これは一般に高温脆化と呼ばれる破損モードです。-。ニッケル 201 の炭素含有量は 0.02% に制限されているため、損傷を与えるグラファイト ネットワークを形成するのに十分な炭素が存在しないため、長時間高温にさらされた後でも合金の延性と靭性は維持されます。-。

典型的なニッケル 201 の用途

• 炉のコンポーネントと熱処理設備-
• 苛性蒸発器と高温アルカリ サービス-
• 電子管および真空炉のハードウェア-
• 600 度 (315 度) 以上で作動する化学処理装置
• 溶接後または使用中に 600 度 (315 度) を超える熱が発生する溶接アセンブリ。{0}

炭素含有量はどのようにして高温脆化を引き起こすのでしょうか?{0}

ニッケルは高温における炭素の固溶度が非常に低いため、炭素含有量によって脆化のリスクが抑制されます。過剰な炭素は粒界に沿ってグラファイトとして沈殿し、炭素が多く存在するほど、グラファイトネットワークはより緻密になり、より損傷を与えます。

これは溶解度の問題であり、強度の問題ではありません。炭素が硬く形成されて炭化物を強化する鋼とは異なり、ニッケル中の炭素は、温度が上昇するにつれて金属が溶液中に保持できる量を単に超え、その後柔らかくて弱いグラファイトとして脱落します。グレード選択の実際的な影響は次のとおりです。

ニッケル 201 (最大 0.02% C): 600 度 (315 度) を超える温度に長時間さらされた後でも、炭素は十分に低く、グラファイトはほとんどまたはまったく形成されません。延性と靭性は維持されます。

ニッケル 200 (最大 0.15% C): 炭素含有量が十分に高いため、600 度 (315 度) を超える温度では、特にゆっくりと冷却したり滞留時間が長い場合にグラファイトが析出する可能性が高く、その結果、衝撃靱性と延性が測定可能なほど低下します。

これが、600 度 F (315 度) のしきい値が、大まかなガイドラインではなく、仕様や設計の実務において厳密な境界線として扱われる理由です。これを下回ると、どちらのグレードも確実に動作します。それ以上の場合、継続的な使用にはニッケル 201 のみが推奨されます。

ニッケル 200 とニッケル 201 の機械的および物理的特性の違いは何ですか?

室温では、ニッケル 200 とニッケル 201 は本質的に同一の機械的および物理的特性を持っています。この違いは、600 °F (315 度) を超える温度に長時間さらされた場合にのみ顕著になります。ニッケル 200 は延性と靱性を失いますが、ニッケル 201 は両方を保持します。

表 2. ASTM B160 / B161 / B162 に基づく代表的な機械的および物理的特性。

アプリケーションにはどのグレードを選択する必要がありますか?

選ぶニッケル200腐食性または高導電率の用途での費用対効果の高い、室温から中温-のサービス向け。- 600 度 F (315 度) を超えて継続的に動作するコンポーネント、またはその後持続的な熱にさらされる溶接部には、ニッケル 201 を選択してください。

表 3. リファレンスグレード選択のクイックガイド-。

設計が 600 度 F (315 度) のしきい値に近い場合、または使用中にコンポーネントが溶接と加熱の両方を受ける場合、ニッケル 200 で黒鉛化のリスクを回避するのではなく、ニッケル 201 を指定するのがより安全かつ標準的な方法です。2 つのグレード間のわずかなコスト差は、使用中の脆性故障のコストに比べればわずかです。-

よくある質問

黒鉛化は時間-と温度-に依存するプロセスであるため、一時的に 600 度 F (315 度) を超える程度の温度上昇は一般に許容されます。ただし、ニッケル 200 は、累積的な暴露により脆化リスクが増加するため、このしきい値を超える継続的または繰り返しの使用には推奨されません。

ニッケル 201 はニッケル 200 より高価ですか?

ニッケル 201 は通常、炭素を 0.02% 以下に保持するために必要な追加の精製を反映して、ニッケル 200 よりも若干の価格プレミアムが付いています。高温用途では、この割増額は、黒鉛脆化による早期故障のコストに比べれば微々たるものです。

ニッケル 200 とニッケル 201 の耐食性は同じですか?

はい。どちらのグレードの耐食性も、炭素含有量ではなくニッケル マトリックス自体によるものであるため、ニッケル 200 とニッケル 201 は、苛性アルカリ、中性塩、および多くの有機および食品加工環境において同等の性能を発揮します。-

特別な予防措置を講じずにニッケル 201 を溶接できますか?

ニッケル 201 は、標準的なニッケル溶接手法と溶加材を使用して溶接します。炭素含有量が低いため、実際にニッケル 200 の溶接に比べて熱影響部脆化のリスクが軽減されます。純ニッケルの標準的な清浄度とシールドの予防措置は引き続き適用されます。

ニッケル 200 の黒鉛化はどのように検出または防止されますか?

黒鉛化は通常、金属組織学的検査、または高温にさらされた後の機械的試験における衝撃靱性の損失によって特定されます。{0}}最も確実な予防策は、熱処理ではなく、材料の代替です。つまり、継続使用温度が 600 度 F (315 度) を超える場合には、ニッケル 201 を指定します。