Сплав 200, Никель 200, UNS N02200

Сплав 200, Никель 200 Проволока, UNS N02200

Введение в сплав 200 (никелевая проволока 200, UNS N02200)

Сплав 200, коммерчески известный как Никель 200 и классифицируемый под UNS N02200, представляет собой высокочистый, коммерчески чистый никелевый сплав, известный своей исключительной коррозионной стойкостью, отличной тепло- и электропроводностью, а также выдающейся формуемостью. Являясь основополагающим сплавом семейства чистых никелей, он имеет минимальное содержание никеля 99,0 мас.% с контролируемыми примесями, что обеспечивает надежную работу в широком диапазоне температур — от криогенных условий (-253 ° C / -423 ° F) до 315 ° C / 600 ° F. В отличие от своего низкоуглеродистого производного (никеля 201), никель 200 имеет немного более высокое содержание углерода (≤0,15 мас.%), что обеспечивает умеренную прочность, но требует осторожности в богатых водородом или высокотемпературных коррозионных средах, чтобы избежать межкристаллитного растрескивания. Его полностью аустенитная микроструктура обеспечивает исключительную пластичность и ударную вязкость даже при почти абсолютном нуле, что делает его основным продуктом в отраслях, где коррозионная стойкость, проводимость и технологичность имеют решающее значение. Никелевая проволока 200, ключевая форма этого сплава, широко используется в химической промышленности, электронике, морской технике и аэрокосмической промышленности, преуспевая в таких компонентах, как оболочки термопар, электрические разъемы, провода химических датчиков и низкотемпературные крепления, которые требуют стабильной работы в умеренных и умеренных агрессивных средах.

1. Химический состав (типичный, масс.%)

Химический состав UNS N02200 соответствует строгим отраслевым стандартам, включая ASTM B160 (для никелевых и никелевых сплавов прутков, прутков и проволоки) и ASME SB160, с акцентом на высокую чистоту никеля и контролируемые примеси для оптимизации коррозионной стойкости и проводимости. Типичный состав выглядит следующим образом:

Элемент

Диапазон содержания (масс.%)

Функция

Никель (Ni)

99,0 мин.

Служит первичным матричным элементом, стабилизирующим аустенитную структуру; устраняет хрупкий переход из хрупкого в пластичный при криогенных температурах, обеспечивая исключительную ударную вязкость при температурах до -253°C.

Углерод (C)

≤ 0,15

Обеспечивает умеренную прочность за счет ограниченного упрочнения твердым раствором; требует контролируемого нагрева/охлаждения для предотвращения осаждения карбида (Ni₃C) в богатых водородом или коррозионных средах.

Железо (Fe)

≤ 0,4

Сведен к минимуму для предотвращения образования ферромагнитных фаз (которые ухудшают криогенные характеристики) и предотвращения межкристаллитного охрупчивания; ограничен для улучшения горячей обрабатываемости при производстве проволоки.

Медь (Cu)

≤ 0,2

Микроэлемент, который незначительно повышает коррозионную стойкость в слабых кислотах без ущерба для теплопроводности; Контролируется во избежание снижения пластичности.

Марганец (Mn)

≤ 0,3

Способствует раскислению во время плавления и улучшает холодную обрабатываемость для тонкого волочения проволоки; Строго контролируется, чтобы избежать осаждения хрупких интерметаллических фаз при низких температурах.

Кремний (Si)

≤ 0,1

Снижает образование оксидов при горячей обработке; Сверхнизкое содержание предотвращает образование оксидных включений, которые действуют как концентраторы напряжений при криогенной или циклической нагрузке.

Сера (S)

≤ 0,010

Строго ограничен во избежание горячего растрескивания во время волочения проволоки и сварки; снижает риск точечной коррозии в серосодержащих средах (например, H₂S).

Фосфор (P)

≤ 0,010

Контролируется для предотвращения охрупчивания на границе зерен, что является критической проблемой для компонентов, подвергающихся циклическому нагружению или криогенным температурам.

Кобальт (Co)

≤ 0,2

Микроэлемент с минимальным воздействием на свойства; ограничены для поддержания высокой чистоты никеля и сохранения криогенной пластичности.

Кислород (О)

≤ 0,015

Сверхнизкое содержание предотвращает образование оксидных включений (например, NiO), которые ухудшают усталостную долговечность и снижают коррозионную стойкость.

2. Физические свойства

Проволока из никеля 200 обладает исключительными физическими свойствами, а тепло- и электропроводность является одной из самых высоких среди промышленных никелевых сплавов, что делает ее идеальной для теплопередачи и электрических применений. Основные свойства (измеренные при заданных температурах):

Свойство

Ценность

Условия испытания

Плотность

8,89 г/см³

Комнатная температура (25°C)

Диапазон температур плавления

1435 - 1455°C

-

Коэффициент теплового расширения

13,5 × 10⁻⁶/°C

20 - 100°С; 4,3 × 10⁻⁶/°C (20 - -200°C)

Теплопроводность

90,9 Вт/(м·К)

25°С; 195 Вт/(м·К) (-200°C)

Удельное электрическое сопротивление

0,069 × 10⁻⁶ Ω·м

25°С; 0,015 × 10⁻⁶ Ω·м (-200°C)

Модуль упругости

207 ГПа

Комнатная температура (при растяжении); 230 ГПа (-200°C)

Коэффициент Пуассона

0.31

Комнатная температура; 0,33 (-200°C)

Температура Кюри

< -269°C

Остается неферромагнитным даже при температурах жидкого гелия (критично для магнитных и сверхпроводящих применений).

Прочность на разрыв

≥ 480 МПа

Комнатная температура; ≥ 820 МПа (-200°C)

Предел текучести (смещение 0,2%)

≥ 170 МПа

Комнатная температура; ≥ 650 МПа (-200°C)

Удлинение

≥ 45%

Комнатная температура; ≥ 35% (-200°C)

Ударная вязкость (V-образный надрез по Шарпи)

≥ 200 Дж

-200°С; Отсутствие хрупкого разрушения при -253°C

Коррозионная стойкость

Выдерживает 1000-часовое испытание в солевом тумане (ASTM B117); Устойчив к 5% H₂SO₄ (комнатная температура, без точечной коррозии)

5% раствор NaCl, 35°C; Разбавленная серная кислота

3. Процесс производства никелевой проволоки 200 проволоки

Производство проволоки Nickel 200 требует точного контроля чистоты никеля и уровня примесей, а также оптимизированной обработки для сохранения его коррозионной стойкости, проводимости и пластичности. Ключевые шаги включают в себя:

3.1 Плавка и литье сырья (фокус высокой чистоты)

Плавление: никель высокой чистоты (чистота 99,99%) плавится методом вакуумной индукционной плавки (VIM) или воздушной индукционной плавки с дегазацией аргона (AIM-AD). Этот процесс обеспечивает контролируемое содержание углерода (≤0,15 мас.%), устраняет газообразные примеси (H₂ < 5 ppm, O₂ < 10 ppm), and removes non-metallic inclusions—critical for consistent corrosion performance and conductivity.

Литье: Расплавленный сплав отливают в слитки малого диаметра (200 - 500 кг) для минимизации сегрегации, которые подвергаются гомогенизационному отжигу при температуре 1050 - 1100°С в течение 6 - 8 часов. На этом этапе устраняется микросегрегация примесей, улучшается аустенитная микроструктура и растворяются все остаточные следы карбидов, подготавливая материал к горячей обработке.

3.2 Горячая обработка и производство катанки

Горячая штамповка и прокатка: Слитки подвергаются горячей штамповке при температуре 950 - 1050°C в заготовки, а затем горячим способом раскатываются в катанки (диаметр: 6 - 15 мм). Горячая обработка выполняется в защитной атмосфере (аргоне или азоте) для предотвращения окисления (критично для поддержания низкого содержания кислорода); Стержни закалены водой до комнатной температуры, чтобы сохранить мелкозернистую аустенитную структуру и избежать чрезмерного образования карбида.

Удаление накипи: горячекатаные прутки подвергаются ультразвуковой очистке с последующим кислотным травлением (разбавленной азотной кислотой) для удаления любых поверхностных оксидов, избегая включений, которые могут ухудшить коррозионную стойкость или проводимость.

3.3 Холодное волочение (формовка проволоки)

Многопроходное холодное волочение: Катанки холодно вытягиваются через алмазные штампы за 7-11 проходов для достижения желаемого диаметра (обычно 0,05 мм - 5 мм). Каждый проход уменьшает диаметр на 12 - 18%, с промежуточным отжигом (950 - 1000°C в течение 30 - 45 минут, воздушное охлаждение) между проходами. Этот этап отжига снижает деформационное упрочнение, восстанавливает пластичность и обеспечивает отсутствие чрезмерного осаждения карбида, что имеет решающее значение для сохранения проводимости и коррозионной стойкости.

Контроль размеров: Лазерный контроль диаметра используется на протяжении всего чертежа для поддержания жесткого допуска (±0,01 мм для прецизионной проволоки), что критически важно для таких компонентов, как оболочки термопар и электрические разъемы, где изменения размеров влияют на характеристики (например, точность измерения температуры, передачу тока).

3.4 Окончательная термическая обработка (оптимизация стабильности и производительности)

Проволока Nickel 200 проходит специализированную термическую обработку для максимизации ее ключевых свойств:

Отжиг на раствор: Нагрев проволоки до 1000 - 1050°C в течение 1 - 2 часов с последующей быстрой закалкой водой. На этом этапе растворяются все остаточные следы карбидов, обеспечивается однородная аустенитная микроструктура и исключается деформационное упрочнение от холодной волочения, что имеет решающее значение для сохранения коррозионной стойкости и пластичности.

Снятие напряжения (опционально): Для компонентов, используемых в циклической нагрузке или криогенных приложениях, проволока нагревается до 600–650 °C в течение 1–2 часов, а затем охлаждается воздухом. Этот этап снимает остаточные напряжения от холодного волочения, снижая риск коррозионного растрескивания под напряжением (SCC) в эксплуатации.

3.5 Отделка поверхности и контроль качества

Поверхностная обработка:

Электрополировка: Для высокоточных или электрических применений проволока подвергается электрополировке в растворе серной азотной кислоты для получения гладкой поверхности (Ra ≤ 0,1 мкм). При этом удаляются поверхностные дефекты, снижается контактное сопротивление (для электрических разъемов) и исключается загрязнение.

Пассивация: Дополнительная пассивация азотной кислотой для повышения устойчивости к атмосферной коррозии во время хранения и обработки без ущерба для проводимости.

Очистка: Для применения в химических или пищевых продуктах проволока очищается сверхчистыми растворителями (изопропиловым спиртом, деионизированной водой) для удаления всех загрязнений, что соответствует отраслевым стандартам чистоты.

Контроль качества:

Химический анализ: масс-спектрометрия тлеющего разряда (GDMS) для проверки чистоты никеля (≥99,0 мас.%) и уровня примесей (Fe, O₂, C) на соответствие техническим требованиям.

Механические испытания: испытания на растяжение и ударные испытания при комнатной температуре и -200°C; Усталостные испытания (10⁸ циклов) для проверки циклических характеристик пружин или соединителей.

Коррозионные испытания: испытания в солевом тумане (ASTM B117) и иммерсионные испытания при 5% H₂SO₄ (комнатной температуре) для подтверждения коррозионной стойкости.

Неразрушающий контроль: вихретоковый контроль (для поверхностных дефектов, таких как трещины или ямки) и ультразвуковой контроль (для внутренних дефектов); Испытание на утечку магнитного потока для подтверждения неферромагнитных свойств.

Контроль размеров: Координатно-измерительная машина (КИМ) для прецизионной проволоки для подтверждения диаметра, прямолинейности (≤0,1 мм/м) и округлости.

Испытание электропроводности: испытание четырехточечным щупом для проверки удельного электрического сопротивления (соответствует ≤0,069 × 10⁻⁶ Ω·м при 25°C) для электрических применений.

4. Применение продукта

Исключительное сочетание коррозионной стойкости, тепло/электропроводности и криогенной прочности никелевой проволоки 200 делает ее незаменимой в различных отраслях промышленности:

4.1 Химическая и нефтехимическая промышленность

Коррозионностойкие компоненты: тонкая проволока (0,2 - 1,0 мм) для оболочек термопар, датчиков и фильтров из проволочной сетки для производства серной кислоты (H₂SO₄), азотной кислоты (HNO₃) и уксусной кислоты - устойчива как к окислительным, так и к восстановительным кислотам при умеренных температурах.

Хлорно-щелочная промышленность: проволока для компонентов электролизеров (например, катодных проводов) и оборудования для работы с рассолом — устойчива к коррозии от рассолов хлорида натрия и газообразного хлора, обеспечивая длительный срок службы.

Фармацевтическое производство: санитарная проволока для смесительных лопастей и систем фильтрации — соответствует стандартам FDA (21 CFR Part 177) для контакта с пищевыми продуктами и лекарствами, а высокая чистота предотвращает загрязнение продукта.

4.2 Электроника и электротехника

Разъемы с высокой проводимостью: провод для электрических разъемов в аэрокосмической, автомобильной и промышленной электронике — низкое удельное электрическое сопротивление (0,069 × 10⁻⁶ Ω·м при 25°C) обеспечивает эффективную передачу тока даже при низких температурах.

Управление температурным режимом: Проволока для труб теплообменников и контуров охлаждения в мощной электронике (например, светодиодных массивах, инверторах мощности) — отличная теплопроводность (90,9 Вт/(м·К) при 25°C) эффективно рассеивает тепло.

Удлинители термопар: провод для удлинителей термопар типа K или типа T — совместим со стандартными материалами термопар и обеспечивает точное измерение температуры до 315 °C.

4.3 Криогенная техника и хранение энергии

Системы жидкого азота (LN₂): проволока для датчиков накопительного бака LN₂ и штоков клапанов — поддерживает пластичность при температуре -196°C и устойчива к коррозии от жидкого азота.

Криогенные крепления: Проволока для заклепок и болтов малого диаметра в криогенном оборудовании (например, сублимационных сушилках) — сочетает в себе криогенную прочность с хорошей формуемостью, предотвращая хрупкое разрушение при низких температурах.

Сверхпроводящие опорные компоненты: Проволока для конструкционных опор в низкотемпературных сверхпроводящих системах — неферромагнитные свойства позволяют избежать интерференции магнитных полей, а высокая чистота снижает потери тока.

4.4 Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Аэрокосмические электрические системы: провод для жгутов проводов самолетов и спутниковых систем питания — устойчив к коррозии от паров реактивного топлива и космического вакуума, а также сохраняет проводимость при экстремальных температурных циклах (от -60 °C до 150 °C).

Военная техника: Провод для сенсорных кабелей в военных транспортных средствах и устройствах связи — устойчив к коррозии окружающей среды (солевой туман, влажность) и обеспечивает надежную работу в суровых полевых условиях.

4.5 Морская техника и потребительские товары

Морские электрические компоненты: провод для проводки лодок и кабелей подводных датчиков — устойчив к коррозии морской воды (3,5% NaCl) и биозагрязнению, продлевая срок службы в морских условиях.

Бытовая электроника: провода для высококачественных аудиокабелей и прецизионных приборов — высокая чистота обеспечивает минимальные помехи сигнала, а коррозионная стойкость сохраняет производительность в течение долгого времени.

Заключение

Сплав 200 (Nickel 200 Wire, UNS N02200) - это базовая проволока из никелевого сплава высокой чистоты, отличающаяся исключительной коррозионной стойкостью, тепло- и электропроводностью и криогенной прочностью. Сбалансированный химический состав и простой производственный процесс (не требующий старения) делают его надежным и экономичным выбором для применения в химической промышленности, электронике и криогенной технике, где стандартные металлы выходят из строя из-за коррозии, хрупкости или низкой проводимости. В то время как его немного более высокое содержание углерода требует осторожности в средах, богатых водородом, его производительность в умеренных и умеренных агрессивных условиях остается непревзойденной. Для индивидуальных требований, таких как сверхтонкая проволока (диаметром до 0,01 мм) для микроэлектроники, варианты с высокой проводимостью для силовых применений или проволока большого диаметра (до 8 мм) для конструкционных компонентов, производители предлагают индивидуальные решения для решения самых сложных задач по коррозии, проводимости или низким температурам. Как оригинальный сплав чистого никеля, он продолжает оставаться незаменимым материалом для отраслей, где надежность и производительность не подлежат обсуждению.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 616 галлонов для жидкости на поддонах Специальная упаковка доступна по запросу.