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(lǐng)域是非常有用的,，如：化學(xué)過程和電子行業(yè)等,。鎳對各種還原性化學(xué)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(dǎo)電和導(dǎo)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(dá)到中等強(qiáng)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(jī)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(dǎo)熱和導(dǎo)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(yīng)用中特別有用。在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中當(dāng)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)

表2 化學(xué)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(jī)械性能

表6 常溫下的機(jī)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(guān)系        圖2 鎳200薄板和帶材的拉伸性能和硬度的大致關(guān)系
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度
鎳200的扭轉(zhuǎn)性能見表7,。開裂強(qiáng)度是按照假設(shè)在整個橫斷面上的剪切應(yīng)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(qiáng)度

高溫性能

鎳200 在較高溫度下的機(jī)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(yán)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(zhǔn)的結(jié)構(gòu)材料,。鎳200批準(zhǔn)的使用溫度可以達(dá)到315°C,，鎳201批準(zhǔn)的服役溫度可達(dá)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(qiáng)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(yīng)力應(yīng)變曲線。疲勞和缺口疲勞強(qiáng)度見圖6和圖7,，低溫沖擊強(qiáng)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(yīng)力應(yīng)變圖


      圖6 鎳200退火0.53mm厚薄板低溫疲勞強(qiáng)度
     （*反向彎曲實驗,，材料的拉伸強(qiáng)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(qiáng)度。
          （實驗條件：*反向彎曲,，材料的拉伸強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行的實驗,；樣品在實驗
                                             前在 (1315°C)下退火    

金相結(jié)構(gòu)

鎳200 是一種面心立方結(jié)構(gòu)的固溶合金。微觀結(jié)構(gòu)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(yīng)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(hù)的。在所有的環(huán)境中,，當(dāng)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(hù)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(lǐng)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(jié)果見表15和16,。在1957年的實驗中,，點蝕深度和機(jī)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(jī)物的污垢或其它沉積下可能出現(xiàn)非常嚴(yán)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(hù)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(hù)膜的形成,。為防止侵蝕，在這類系統(tǒng)中應(yīng)該帶有供水消氣泡裝置或除去不可壓縮（凝縮）物質(zhì)的設(shè)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(fēng)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(jié)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(dāng)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(yīng)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(yán)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(dá)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(jī)酸通常如果含氣量不是很高的情況下鎳200 對有機(jī)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(yīng)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(xiàn)來自在溶液中暴露時形成的黑色保護(hù)膜,。氧化鎳膜導(dǎo)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(yīng)該盡大努力來消除它們,?？裳趸牧蚧镆灿性黾涌列遭c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(yīng)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(qiáng),，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(dá)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(yán)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(qiáng)氧化劑會與金屬反應(yīng)，但在特定條件下鎳200 可以成功的在這種條件下應(yīng)用,。在室溫下鎳200 形成保護(hù)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(hù)本分不致污染和變色，苯酚通常存儲和運(yùn)輸均使用鎳200-復(fù)合板罐和罐車,。

加工

加熱和酸洗
鎳200 可以在其重結(jié)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(fù)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?？臁D10 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(yán)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(dǎo)率,，因此加熱速率相對較高。冷卻速度要求不嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)的酸洗溶液消除,。在推進(jìn)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(yīng)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(xì)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(yīng)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(dǎo)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(jī)械性能低并且晶粒結(jié)構(gòu)粗大，僅在特殊應(yīng)用如爆裂膜片中使用,。退火應(yīng)該在還原氣氛中進(jìn)行以保持光亮表面,，常用干氫氣和分離氨；但更經(jīng)濟(jì)的氣氛如部分燃燒過的天然氣也能提供適當(dāng)?shù)墓饬炼?。由于存在危險的晶間氧化,，應(yīng)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(yīng)該特別小心除去所有的潤滑劑,、標(biāo)記,、車間灰塵等。
冷,、熱成型
熱成型：鎳200 可以方便的進(jìn)行各種形狀的熱成型,。在成型中合適的溫度是達(dá)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(yīng)該在870°C以上進(jìn)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(jī)械性能,。實驗室對環(huán)狀應(yīng)用的鍛件盤的實驗表明在650°C對材料進(jìn)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(yīng)注意避免將鎳200 在1230°C以上進(jìn)行加熱,。
加熱鎳200 的爐子應(yīng)該設(shè)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(dá)到良好的結(jié)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(yīng)該裝入預(yù)加熱的爐子并在達(dá)到需要的溫度后盡快取出快速加工,。應(yīng)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,?？偟膩碚f，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(dá)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(jié)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,。