مزیت نیکل

مروری بر فولادهای ضد زنگ حاوی نیکل

فولاد ضد زنگ تنها یک ماده نیست. پنج خانواده وجود دارد که هر یک از آنها از پایه های مختلفی تشکیل شده است. نیکل افزودنی آلیاژی مهمی در تقریباً دو سوم از فولاد ضد زنگ تولید شده امروز است.

کروم عنصر اصلی آلیاژ است که باعث می شود فولاد ضد زنگ "ضد زنگ" نباشد. بیش از 10.5 درصد باید به فولاد افزوده شود تا فیلم اکسید محافظ تشکیل شود که مقاومت در برابر خوردگی و ظاهر روشن و نقره ای آن را فراهم کند. به طور کلی ، هر چه مقدار کروم اضافه شده بیشتر باشد ، مقاومت در برابر خوردگی نیز بیشتر است. این کشف بیش از یک قرن پیش انجام شد. برخی از فولادهای ضد زنگ اولیه نیز حاوی نیکل بوده و در نتیجه باعث بهبود خواص شده و از آن زمان گریدهای حاوی نیکل مورد استفاده قرار گرفته اند. امروزه ، حتی اگر نیکل بعنوان یک ماده افزودنی آلیاژی با هزینه زیاد دیده شود ، حدود دو سوم از تن فولاد ضد زنگ تولید شده در هر سال حاوی نیکل است. نقش نیکل چیست و چرا اینقدر گسترده استفاده می شود؟

عملکرد اصلی نیکل تثبیت ساختار آستنیتی فولاد در دمای اتاق و پایین تر است. این ساختار آستنیتی (یعنی بلور مکعب صورت محور) به ویژه سخت و شکل پذیر است. این خصوصیات و سایر خصوصیات مسئول تطبیق پذیری انواع مختلف فولاد ضد زنگ هستند. آلومینیوم ، مس و نیکل خود نمونه های خوبی از فلزات با ساختار آستنیتی هستند.

حداقل مقدار نیکل که می تواند ساختار آستنیتی را در دمای اتاق تثبیت کند حدود 8 درصد است ، به همین دلیل درصد موجود در پرکاربردترین درجه از فولاد ضد زنگ ، یعنی نوع 304 است. نوع 304 حاوی 18 درصد کروم و 8 درصد است نیکل و اغلب به آن 18/8 گفته می شود. این ترکیب یکی از اولین ترکیباتی است که در تاریخ فولاد ضد زنگ در اوایل قرن بیستم ساخته شد. برای کارخانه های شیمیایی و روکش ساختمان نمادین کرایسلر در شهر نیویورک استفاده شد که در سال 1929 تکمیل شد.

منگنز برای اولین بار در دهه 1930 به عنوان افزودنی بر روی فولاد ضد زنگ استفاده شد. سری 200 گریدهای پایین و نیکل ، آستنیتی در دهه 1950 بیشتر توسعه یافت ، زمانی که نیکل کمیاب بود. بهبودهای اخیر در روشهای ذوب اجازه افزودن کنترل شده مقادیر بیشتری از نیتروژن ، یک عامل تشکیل دهنده آستنیت قوی را داده است. اگرچه این ممکن است نشان دهد که می توان تمام نیکل را با ساختار آستنیتی جایگزین کرد ، اما به همین سادگی نیست. تمام عیارهای آستنیتی منگنز که امروزه به صورت تجاری در دسترس هستند ، هنوز هم افزودنی های آگاهانه نیکل دارند. به منظور حفظ ساختار آستنیتی ، بسیاری از آنها دارای مقدار کروم نیز هستند. با این حال ، این روش مقاومت به خوردگی این آلیاژها را در مقایسه با عیارهای استاندارد سری 300 نیکل کاهش می دهد.

با کاهش محتوای کل سازنده های آستنیت ، ساختار فولاد ضد زنگ از 100 درصد آستنیت به مخلوط آستنیت و فریت (بلور مکعب بدن محور) تغییر می یابد. اینها فولادهای ضد زنگ دوبلکس هستند. نیکل همچنان به ایجاد ثبات در ساختار فاز آستنیت ادامه می دهد. تمام گریدهای تجاری دوبلکس مهم ، حتی "دوبلکس های ناب" ، حاوی 1 درصد یا بیشتر نیکل به عنوان یک افزودن عمدی هستند. محتوای کروم بیشتر از فولادهای ضد زنگ دوبلکس بالاتر از درجه استاندارد آستنیتی است. هرچه میانگین سطح کروم بیشتر باشد ، حداقل مقدار نیکل نیز باید بیشتر باشد. این مورد مشابه سری 200 است.

ساختار دو فازی گریدهای دوبلکس آنها را ذاتاً از گریدهای آستنیتی معمولی قوی تر می کند. مقدار کمی بالاتر کروم آنها همچنین باعث می شود مقاومت به خوردگی در مقایسه با گریدهای استاندارد کمی بهبود یابد. در حالی که ویژگی های دیگری نیز برای در نظر گرفتن وجود دارد ، گریدهای دوبلکس برخی از کاربردهای ارزشمند را پیدا کرده اند.

کاهش بیشتر میزان نیکل - حتی به صفر - درجه هایی را به وجود می آورد که اصلاً آستنیت وجود ندارد. اینها کاملاً ساختار فریتی دارند. آهن و فولادهای ملایم نیز در دمای محیط ساختار فریتی دارند.

همه گریدهای فریتی کاملاً فاقد نیکل هستند. نیکل باعث کاهش دمای انتقال شکل پذیر به شکننده (DBTT) ، یعنی دمای زیر آلیاژ شکننده می شود. DBTT همچنین تابعی از عوامل دیگر مانند اندازه دانه و سایر مواد آلیاژی است. با این وجود ، برخی از گریدهای فوق آلیاژی بسیار آلیاژی حاوی افزودن عمدی نیکل برای بهبود DBTT ، به ویژه جوش ها هستند.

برخلاف گریدهای آستنیتی ، گریدهای مارتنزیتی را می توان با عملیات حرارتی سخت کرد. با این حال ، برخی حاوی نیکل هستند ، که نه تنها مقاومت را بهبود می بخشد بلکه باعث می شود فولاد محتوای کروم بیشتری داشته باشد ، که به نوبه خود باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود. عملیات حرارتی سخت شدن شامل گرم شدن تا یک درجه حرارت خاص و سپس خاموش کردن مواد ، و پس از آن یک عمل خوی است.

سرانجام ، درجه سخت شدن رسوب (PH) نیز می تواند از طریق عملیات حرارتی مقاومت بالایی ایجاد کند. خانواده های مختلفی از درجه PH وجود دارد ، اما همه آنها حاوی نیکل هستند. بر خلاف خانواده مارتنزیتی ، عملیات حرارتی شامل مرحله خنک سازی نیست.