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)材料
牌號標(biāo)準(zhǔn)
系列標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)
成分管材板材棒材帶材焊絲鍛件無縫管焊接管美標(biāo)
N02200ASME SB 161
SB 163
SB 829SB 751
SB 775SB 162
SB 906SB 160SB 162AWS A 5.14SB 564國標(biāo)
N7
NW2200GB/T52352882/205444352072 26030NB/T 47019
47047/47046 47028JB/T 4748 

表2 化學(xué)成分元素CNi+CoMnCuSi國標(biāo)N7 0.15 99 0.35 0.25 0.3美標(biāo)N02200 0.15 99 0.35 0.25 0.35元素CrFePS 國標(biāo)N7 0.2 0.4 0.01 美標(biāo)N02200 0.4 0.01 

表3 物理性能密度8.89 g/cm 熔點1435~1446℃

表4 退火鎳的物理性能溫度（℃）膨脹系數(shù)（ m/m ℃）導(dǎo)熱系數(shù)（W/m ℃）電子系數(shù)（ m）-20010.1 -10011.375.50.05020 70.30.09610013.366.50.13020013.961.60.18530014.256.80.26040014.855.40.33050015.357.60.36560015.559.70.40070015.861.80.43080016.264.00.46090016.666.10.485100016.968.20.510110017.1 0.540

表5 彈性模量溫度（℃）楊氏模量（GPa）剪切模量（GPa）泊松比2620579.60.2910020077.90.2820019575.80.2930019073.80.2940018371.40.2850017769.00.28機(jī)械性能

表6 常溫下的機(jī)械性能類型和尺寸抗拉強(qiáng)度
（MPa）屈服強(qiáng)度0.2%,（MPa）延伸率（50mm）
（%）硬度布氏洛氏B棒材冷加工 圓棒， 25.4 550 415 10① 圓棒＞25.4~101.6 515 345 15 四方、六方，長方等 450 275 25① 熱加工 所有形狀及尺寸 415 105 35② 退火態(tài)的 桿和棒及所有尺寸的圓環(huán)和圓餅 380 105 40① 熱軋板退火的 380 100 40 冷軋板退火的 380 100 40 1/4淬硬的  70-801/2淬硬的  79-86淬硬的 620 480 2 帶材 退火的 380 100 40 表面淬硬的  64-701/4淬硬的  70-801/2淬硬的  79-86類型和尺寸抗拉強(qiáng)度
（MPa）屈服強(qiáng)度0.2%,（MPa）延伸率（50mm）
（%）硬度布氏洛氏B3/4淬硬的  85-91淬硬的 620 480 2 回復(fù)回火  95管材退火 127mm 380 105 35 ＞127mm 380 80 40 去應(yīng)力 450 275 15 換熱管退火 379 103 40 去應(yīng)力 448 276 15  65

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）斷裂強(qiáng)度（MPa）558扭轉(zhuǎn)（ /mm）13.4

表8 鎳200的剪切強(qiáng)度退火狀態(tài)剪切強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）硬度（洛氏B）退火態(tài)35946946半硬態(tài)40054590硬態(tài)517834100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溫度（℃）直徑（mm）抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）延伸率
（%）斷面收縮率
（%）-25525.4  19.07582596070-18525.46901975375 19.06211906175-13025.45691864678 19.05381655768-7525.45241864372 19.04901525165-2025.44831694475 19.045514849652125.44481724278 19.04411454866

表10 鎳200的低溫拉伸性能狀態(tài)溫度
（℃）抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）延伸率（51mm）
（%）斷面收縮率
（%）洛氏硬度C熱軋-190710 51.0 -180676193 -80527190 室溫45216950.0 冷拔-7977470221.560.922室溫71367216.366.919

  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
     （完全反向彎曲實驗，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：完全反向彎曲，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）酸的濃度%溫度（℃）速率（m/min）腐蝕率（mm/a）無空氣有空氣1304.7 1.2 784.7 2.79221None0.051 518None0.056  304.90.231.55 60None0.25  604.7 2.2 714.9 2.62 77None0.53  784.70.765.081021None0.43  604.7 2.3 77None0.30  80None 3.052021None0.40 25827.9 2.14870None0.46 50304.9 0.4170354.70.74 93304.7 0.25 65 3.71 9521 1.8

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%；但完全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溫度（℃）壓力速度（m/min）試驗時間（hr）腐蝕率（mm/a）30大氣 1200.001530大氣 240.00890大氣4.6240.014100610mm 240.018100610mm 2400.0018100620mm 2640.013130大氣 7200.028150大氣 3360.010155大氣 6720.013155260mm23200.030

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?；然?、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?？?。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(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。