Сплав 200, никель 200 штанга, UNS N02200

Сплав 200, проволока никель 200, UNS N02200

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

Сплав 200, коммерчески известный как никель 200 и классифицированный по UNS N02200, представляет собой сплав высокой чистоты, коммерчески чистый никелевой сплав, известный исключительной коррозионной стойкостью, отличной теплопроводностью и отличной формовочностью. Будучи основополагающим сплавом семейства чистого никеля, он имеет минимальное содержание никеля 99,0% массы и контролируемые примеси для обеспечения надежной работы в широком температурном диапазоне — от криогенных условий (-253°C/-423°F) до 315°C/600°F. В отличие от своего низкоуглеродного производного (Nickel 201), никель-200 обладает немного более высоким содержанием углерода (≤0,15%), что обеспечивает умеренную прочность, но требует осторожности в водородных или высокотемпературных коррозионных средах, чтобы избежать межгранулярного трещины. Полностью аустенитная микроструктура обеспечивает исключительную пластичность и ввязливость даже при почти абсолютном нуле, что делает её основой в отраслях, где коррозионная устойчивость, проводимость и обрабатываемость критически важны. Никелевая проволока 200, ключевая форма этого сплава, широко используется в химической обработке, электронике, морской инженерии и аэрокосмической отрасли — отлично отличаясь такими компонентами, как термопарные оболочки, электрические разъёмы, провода для химических датчиков и крепежи для низкотемпературных крепежей, требующих стабильной работы в мягких и умеренных агрессивных условиях.

1. Химический состав (типичный, масса)

Химический состав UNS N02200 соответствует строгим отраслевым стандартам, включая ASTM B160 (для стержней и проволоки из никеля и никелевого сплава) и ASME SB160, с акцентом на высокую чистоту никеля и контролируемые примеси для оптимизации коррозионной устойчивости и проводимости. Типичное сочинение выглядит следующим образом:

Элемент

Диапазон содержания (масса)

Функция

Никель (Ni)

99,0 мин.

Служит основным матричным элементом, стабилизируя аустенитную структуру; устраняет переход от хрупкости к пластичности при криогенных температурах, обеспечивая исключительную ввязчивость до -253°C.

Углерод (C)

≤ 0,15

Обеспечивает умеренную прочность за счёт ограниченного усиления твердым раствором; требует контролируемого нагрева и охлаждения, чтобы избежать осадков карбида (Ni₃C) в богатых водородом или коррозионных средах.

Железо (Fe)

≤ 0,4

Минимизация для предотвращения образования ферромагнитных фаз (которые ухудшают криогенную активность) и предотвращения межгранулярной хрупкости; ограничено для улучшения горячей обработки при производстве проводов.

Медь (Cu)

≤ 0,2

Микроэлемент, который слегка повышает коррозионную устойчивость в мягких кислотах без ущерба теплопроводности; Контролируемые, чтобы не снижать пластичность.

Марганец (Миннесота)

≤ 0.3

Способствует окислению при плавлении и улучшает холодную обработку для тонкого проволоки; строгий контроль, чтобы избежать осаждения хрупких межметаллических фаз при низких температурах.

Кремний (Si)

≤ 0.1

Уменьшает образование оксида при горячей обработке; Сверхнизкое содержание предотвращает включения оксидов, которые выступают в роли концентраторов напряжений при криогенной или циклической нагрузке.

Сера (S)

≤ 0,010

Строго ограничено, чтобы избежать горячих трещин во время проволоки и сварки; снижает риск коррозии в средах, содержащих серу (например, H₂S).

Фосфор (P)

≤ 0,010

Контролируется для предотвращения хрупкости границы зерна, что является критически важным для компонентов, подвергающихся циклической нагрузке или криогенным температурам.

Cobalt (Co)

≤ 0,2

Микроэлементы с минимальным воздействием на свойства; ограничено для поддержания высокой чистоты никеля и криогенной пластичности.

Кислород (O)

≤ 0.015

Ультранизкое содержание предотвращает образование оксидных включений (например, NiO), которые ухудшают срок службы усталости и снижают устойчивость к коррозии.

2. Физические свойства

Проволока Nickel 200 обладает исключительными физическими свойствами, теплопроводностью и теплопроводностью, одной из самых высоких промышленных никелевых сплавов — что делает её идеальной для теплообмена и электрических применений. Ключевые свойства (измеряемые при заданных температурах):

Свойства

Ценность

Испытательное состояние

Плотность

8,89 г/см³

Комнатная температура (25°C)

Диапазон температуры плавления

1435 - 1455°C

-

Коэффициент теплового расширения

13,5 × 10⁻⁶/°C

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

Теплопроводность

90,9 Вт/(м·К)

25°C; 195 Вт/(м·К) (-200°C)

Электрическое сопротивление

0,069 × 10⁻⁶ Ω·m

25°C; 0,015 × 10⁻⁶ Ω·м (-200°C)

Модуль упругости

207 GPa

Комнатная температура (растяжение); 230 GPa (-200°C)

Ratio Пуассона

0.31

Комнатной температуры; 0,33 (-200°C)

Температура Кюри

< -269°C

Остаётся неферромагнитным даже при температуре жидкого гелия (что критически важно для магнитных и сверхпроводящих применений).

Прочность на растяжение

≥ 480 МПа

Комнатной температуры; ≥ 820 МПа (-200°C)

Предел текучести (смещение 0,2%)

≥ 170 МПа

Комнатной температуры; ≥ 650 МПа (-200°C)

Удлинение

≥ 45%

Комнатной температуры; ≥ 35% (-200°C)

Ударная прочность (Charpy V-образный вырез)

≥ 200 Дж

-200°C; Нет хрупкого перелома при -253°C

Коррозионная устойчивость

Прошёл тест на соляный распылитель продолжительностью 1000 часов (ASTM B117); Сопротивляется 5% H₂SO₄ (комнатная температура, без ям)

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

3. Процесс производства проволоки Nickel 200

Производство проволоки Nickel 200 требует точного контроля чистоты и уровней примесей, а также оптимизированной обработки для сохранения коррозионной устойчивости, проводимости и пластичности. Ключевые шаги включают:

3.1 Плавка и литье сырья (фокус высокой чистоты)

Плавление: Никель высокой чистоты (99,99% чистоты) плавится с помощью вакуумно-индукционного плавления (VIM) или воздушно-индукционного плавления с дегазированием аргона (AIM-AD). Этот процесс обеспечивает контролируемое содержание углерода (≤0,15 массы%), устраняя 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 проходят гомогенизацию при 1050–1100°C в течение 6–8 часов. Этот этап устраняет микросегрегацию примесей, уточняет аустенитовую микроструктуру и растворяет остатки карбидов — готовя материал к горячей обработке.

3.2 Горячая обработка и производство проволочных тяг

Горячая ковка и прокатка: слитки горячей ковки подвергаются горячей ковке при температуре 950–1050°C в заготовки, а затем горячей прокатки в стержни (диаметр: 6–15 мм). Горячая обработка проводится в защитной атмосфере (аргон или азот) для предотвращения окисления (что критически важно для поддержания низкого содержания кислорода); Стержни закаливают водой до комнатной температуры для сохранения мелкозернистой аустенитовой структуры и предотвращения чрезмерного образования карбида.

Очистка от накипу: горячее прокатные стержни проходят ультразвуковую очистку, затем осоливание кислотой (разбавленная азотная кислота) для удаления оксидов поверхности — чтобы избежать включений, которые могут ухудшить устойчивость к коррозии или проводимость.

3.3 Холодное вытягивание (образование проволоки)

Многопроходное холодное вытягивание: Проволочные стержни проходят холодным натягиванием через алмазные штампы в 7–11 проходов для достижения желаемого диаметра (обычно 0,05–5 мм). Каждый проход уменьшает диаметр на 12–18%, с промежуточным отжигом (950–1000°C в течение 30–45 минут, воздушным охлаждением) между проходами. Этот этап отжига снижает упрочнение работ, восстанавливает пластичность и гарантирует отсутствие чрезмерного осадка карбида — что критично для поддержания проводимости и коррозионной устойчивости.

Контроль размеров: лазерный мониторинг диаметра используется на протяжении всего черчения для поддержания плотной допусковой точности (±0,01 мм для точной проволоки) — что критично для таких компонентов, как термопарные оболочки и электрические разъёмы, где изменения размеров влияют на производительность (например, точность измерения температуры, пропускание тока).

3.4 Финальная термическая обработка (оптимизация стабильности и производительности)

Проволока Nickel 200 проходит специализированную термическую обработку для максимального повышения её ключевых свойств:

Раствор отжига: нагрев провода до 1000–1050°C в течение 1–2 часов, затем быстрое закалка водой. Этот этап растворяет остатки карбидов, обеспечивает равномерную аустенитную микроструктуру и устраняет упрочнение упрочнения при холодном вытягивании — что критически важно для поддержания коррозионной устойчивости и пластичности.

Снятие напряжений (опционально): Для компонентов, используемых в циклической или криогенной эксплуатации, провод нагревается до 600–650°C в течение 1–2 часов, затем охлаждается воздушным охлаждением. Этот этап снимает остаточные напряжения при холодном вытягивании, снижая риск коррозионного трещины (SCC) при эксплуатации.

3.5 Отделка поверхностей и инспекция качества

Обработка поверхности:

Электрополировка: Для высокоточных или электрических применений провод проходит электрополировку в растворе серно-азотной кислоты для получения гладкой поверхности (Ra ≤ 0,1 мкм). Это устраняет поверхностные дефекты, снижает контактное сопротивление (для электрических разъёмов) и устраняет загрязнение.

Пассивация: Опциональная пассивация азотной кислоты для повышения устойчивости к атмосферной коррозии при хранении и обработке без ущерба для проводимости.

Очистка: Для химических или пищевых применений провод очищается сверхчистыми растворителями (изопропиловый спирт, деионизированная вода) для удаления всех загрязнителей, соответствующих отраслевым стандартам чистоты.

Контроль качества:

Химический анализ: масс-спектрометрия светящегося разряда (GDMS) для подтверждения соответствия чистоты никеля (≥99,0% массы) и уровней примесей (Fe, O₂, C) соответствующим требованиям.

Механические испытания: испытания на растяжение и ударные испытания при комнатной температуре и -200°C; Испытания на усталость (10⁸ циклы) для проверки циклических характеристик пружин или разъёмов.

Испытания на коррозию: тестирование соляным распылением (ASTM B117) и испытание на погружение в 5% H₂SO₄ (комнатная температура) для подтверждения коррозионной устойчивости.

Неразрушительное испытание: вихревые испытания (на поверхностные дефекты, такие как трещины или ямки) и ультразвуковое испытание (на внутренние дефекты); Тестирование утечки магнитного потока для подтверждения неферромагнитных свойств.

Проверка размеров: координатный измерительный аппарат (CMM) для точной проволоки для подтверждения диаметра, прямолинейности (≤0,1 мм/м) и округлости.

Тестирование проводимости: четырёхточечное испытание зонда для подтверждения электрического сопротивления (≤0,069 × 10⁻⁶ Ω·м при 25°C) для электрических применений.

4. Применение продукции

Исключительное сочетание коррозионной устойчивости, теплопроводности и криогенной прочности проволоки никель 200 делает её незаменимой в различных отраслях:

4.1 Химическая и нефтехимическая промышленность

Коррозионно-стойкие компоненты: тонкая проволока (0,2–1,0 мм) для термопарных оболочек, датчиков и фильтров из сетки в серной кислоте (H₂SO₄), азотной кислоте (HNO₃) и уксусной кислоты — устойчива как к окислительным, так и к восстанавливающим кислотам при умеренных температурах.

Хлор-щелочная промышленность: провод для компонентов электролизера (например, катодных выводов) и оборудования для обработки рассола — устойчив к коррозии от рассолов натрия и хлорного газа, обеспечивая длительный срок службы.

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

4.2 Электроника и электротехника

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

Термическое управление: провод для теплообменных трубок и охлаждающих контуров в мощной электронике (например, светодиодные панели, инверторы) — отличная теплопроводность (90,9 Вт/(м·к) при 25°C) эффективно рассеивает тепло.

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

4.3 Криогенная инженерия и накопление энергии

Системы с жидким азотом (LN₂): провод для датчиков резервуаров LN₂ и стержней клапанов — поддерживает пластичность при -196°C и устойчив к коррозии от жидкого азота.

Криогенные крепежи: Проволока для заклёпок и болтов малого диаметра в криогенном оборудовании (например, лиофикационных сушилках) — сочетает криогенную прочность с хорошей формоспособностью, избегая хрупкого разрушения при низких температурах.

Сверхпроводящие опорные компоненты: проволока для конструкционных опор в низкотемпературных сверхпроводящих системах — неферромагнитные свойства предотвращают воздействие магнитных полей, а высокая чистота снижает потери тока.

4.4 Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Аэрокосмические электрические системы: провод для проводных жгутов самолётов и спутниковых энергетических систем — устойчив к коррозии из-за паров реактивного топлива и вакуума, а также поддерживает проводимость при экстремальных температурных циклах (от -60°C до 150°C).

Военное оборудование: Провод для сенсорных кабелей в военной технике и коммуникационных устройствах — устойчив к коррозии окружающей среды (соляной брызги, влажности) и обеспечивает надёжную работу в суровых полевых условиях.

4.5 Морская инженерия и потребительские товары

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

Потребительская электроника: провод для высококлассных аудиокабелей и прецизионных приборов — высокая чистота обеспечивает минимальные помехи сигнала, а устойчивость к коррозии поддерживает производительность со временем.

Заключение

Сплав 200 (Nickel 200 Wire, UNS N02200) — это фундаментальный проволока из никелевого сплава высокой чистоты, отличающаяся исключительной коррозионной устойчивостью, теплопроводностью и криогенной прочностью. Сбалансированная химия и простой производственный процесс (без необходимости упрочнения по возрасту) делают его надёжным и экономичным выбором для применений в химической обработке, электронике и криогенной инженерии — где стандартные металлы выходят из строя из-за коррозии, хрупкости или низкой проводимости. Хотя его немного более высокое содержание углерода требует осторожности в богатых водородом условиях, его эффективность в мягких и умеренно агрессивных условиях остаётся непревзойдённой. Для индивидуальных требований — таких как ультратонкая проволока (до 0,01 мм диаметром) для микроэлектроники, варианты с высокой проводимостью для энергетических применений или провод большого диаметра (до 8 мм) для конструктивных компонентов — производители предлагают индивидуальные решения для самых сложных задач коррозии, проводимости или низких температур. Будучи оригинальным чистым никелевым сплавом, он по-прежнему остаётся основным материалом для отраслей, где надёжность и производительность не подлежат обсуждению.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная упаковка оптом включает паллетированный пластик объемом 5 галлонов/25 кг. ведра, волокнистые и стальные бочки до супермешков по 1 тонне в полном контейнере (FCL) или грузовиках (T/L). Исследовательские и пробные количества, а также гигроскопические, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут упаковываться под аргон или вакуум. Решения упаковываются в полипропиленовых, пластиковых или стеклянных банках вплоть до палетированных жидких контейнеров на 617 галлонов. Специальный пакет доступен по запросу.