Prednost niklja

Pregled nerjavnih jekel, ki vsebujejo nikelj

Nerjaveče jeklo ni en sam material; pet je družin, od katerih je vsaka sestavljena iz več razredov. Nikelj je pomemben dodatek za legiranje skoraj dve tretjini danes izdelanega nerjavnega jekla.

Krom je ključni legirni element, zaradi katerega so nerjaveča jekla "nerjavna". Jeklu je treba dodati več kot 10,5 odstotka, da se oblikuje zaščitni oksidni film, ki zagotavlja njegovo odpornost proti koroziji in svetel, srebrn videz. Na splošno je večja količina dodanega kroma, večja je korozijska odpornost. Do tega odkritja je prišlo pred dobrim stoletjem. Nekatera zgodnja nerjavna jekla so vsebovala tudi nikelj, kar je imelo za posledico izboljšane lastnosti, od takrat pa so v uporabi nikelj vsebujoče razrede. Čeprav je nikelj danes mogoče videti kot razmeroma drag dodatek v legiranje, približno dve tretjini tonaže nerjavečega jekla, proizvedenega vsako leto, vsebuje nikelj. Kakšna je vloga niklja in zakaj se tako pogosto uporablja?

Primarna naloga niklja je stabiliziranje avstenitne strukture jekla pri sobni temperaturi in pod njo. Ta avstenitna (tj. Obrazno usmerjena kubična kristalna) struktura je še posebej žilava in žilava. Te in druge lastnosti so odgovorne za vsestranskost različnih vrst nerjavnega jekla. Aluminij, baker in nikelj so dobri primeri kovin z avstenitno strukturo.

Najmanjša količina niklja, ki lahko stabilizira avstenitno strukturo pri sobni temperaturi, je okoli 8 odstotkov, zato je ta odstotek prisoten v najpogosteje uporabljanem razredu nerjavečega jekla, tipu 304. Tip 304 vsebuje 18 odstotkov kroma in 8 odstotkov niklja in se pogosto imenuje 18/8. Ta sestava je bila ena prvih, ki se je razvila v zgodovini nerjavečega jekla v začetku dvajsetega stoletja. Uporabljali so ga za kemične obrate in za oblogo ikonične zgradbe Chrysler v New Yorku, ki je bila dokončana leta 1929.

Mangan je bil prvič uporabljen kot dodatek nerjavečemu jeklu v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Serija 200 nizko-nikljevih avstenitnih razredov se je nadalje razvijala v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ko ni bilo niklja. Novejše izboljšave v postopkih taljenja so omogočile nadzorovano dodajanje povečanih količin dušika, močnega sredstva za tvorbo avstenita. Čeprav bi to lahko nakazovalo, da je mogoče ves nikelj nadomestiti s strukturo, ki ostane avstenitna, vendar ni tako preprosto; vsi danes visoko prodajni avstenitni avstenitni proizvodi imajo še vedno namerne dodatke niklja. Mnogi imajo tudi zmanjšano vsebnost kroma, da bi ohranili avstenitno strukturo. Vendar ta pristop zmanjšuje korozijsko odpornost teh zlitin v primerjavi s standardnimi nikljevimi 300 serijami.

Ko se celotna vsebnost avstenitnih oblikovalcev zmanjša, se struktura nerjavečega jekla spremeni iz 100-odstotnega avstenita v mešanico avstenita in ferita (kubični kristal, osredotočen na telo); to so dupleksna nerjaveča jekla. Nikelj še naprej stabilizira strukturo avstenitne faze. Vsi komercialno pomembni dupleksi, celo „vitki dupleksi“, vsebujejo 1 odstotek ali več niklja kot namerno dodatek. Večina dupleksnih nerjavnih jekel ima večjo vsebnost kroma kot običajne avstenitne stopnje; večja kot je srednja raven kroma, večja mora biti najmanjša vsebnost niklja. To je podobno kot pri seriji 200.

Dvofazna struktura dupleksnih razredov jih naredi bistveno močnejše od običajnih avstenitnih razredov. Njihova nekoliko večja vsebnost kroma jim daje tudi nekoliko izboljšano odpornost proti koroziji v primerjavi s standardnimi razredi. Čeprav je treba upoštevati še druge značilnosti, so dupleksni nivoji našli nekaj dragocenih aplikacij.

Nadaljnje zmanjšanje vsebnosti niklja - celo do nič - prinaša razrede brez avstenita. Ti imajo popolnoma feritno strukturo. Železo in blaga jekla imajo tudi feritno strukturo pri sobni temperaturi.

Niso vse feritne stopnje popolnoma brez niklja. Znano je, da nikelj znižuje temperaturo prehoda nodularnega do krhkega (DBTT), tj. Temperaturo, pod katero zlitina postane krhka. DBTT je tudi funkcija drugih dejavnikov, kot so velikost zrn in drugi dodatki za legiranje. Kljub temu nekateri visokolegirani superferitni razredi vsebujejo namerno dodatek niklja za izboljšanje DBTT, zlasti zvarov.

V nasprotju z avstenitnimi razredi je martenzitne razrede kaljeno s toplotno obdelavo. Nekateri pa vsebujejo nikelj, ki ne samo izboljša žilavost, temveč tudi omogoča večjo vsebnost kroma, kar posledično poveča odpornost proti koroziji. Utrjevalna toplotna obdelava vključuje segrevanje na določeno temperaturo in nato kaljenje materiala, čemur sledi kaljenje.

Končno lahko stopnje za utrjevanje s padavinami (PH) razvijejo tudi visoko trdnost s toplotno obdelavo. Obstajajo različne družine razredov PH, vendar vse vsebujejo nikelj. Za razliko od družine martenzitov toplotna obdelava ne vključuje koraka kaljenja.