Ο ρόλος του νικελίου σε ανοξείδωτο χάλυβα

Ο κύριος ρόλος του νικελίου στον ανοξείδωτο χάλυβα είναι ότι αλλάζει την κρυσταλλική δομή του χάλυβα. Ένας από τους κύριους λόγους για την προσθήκη νικελίου σε ανοξείδωτο χάλυβα είναι ο σχηματισμός μιας ωστενιτικής κρυσταλλικής δομής, η οποία βελτιώνει τις ιδιότητες από ανοξείδωτο χάλυβα όπως η ολκιμότητα, η συγκολλητικότητα και η σκληρότητα, οπότε το νικέλιο είναι γνωστό ως πρώην ωστενίτη.

Η κρυσταλλική δομή του συνηθισμένου ανθρακούχου χάλυβα ονομάζεται φερρίτη, ο οποίος είναι μια κυβική δομή (BCC) με επίκεντρο το σώμα και προστίθεται νικέλιο για την προώθηση της κρυσταλλικής δομής στην αλλαγή από μια κυβική δομή με επίκεντρο το σώμα (BCC) σε ένα κυβικό επίκεντρο του προσώπου (FCC) Δομή. Αυτή η δομή απαιτείται για ωστενίτη.

Ωστόσο, το νικέλιο δεν είναι το μόνο στοιχείο με αυτήν την ιδιότητα. Τα κοινά στοιχεία σχηματισμού ωστενίτη είναι: το νικέλιο, ο άνθρακας, το άζωτο, το μαγγάνιο και ο χαλκός. Η σχετική σημασία αυτών των στοιχείων στη διαμόρφωση ωστενίτη έχει σημαντικές επιπτώσεις στην πρόβλεψη της κρυσταλλικής δομής των ανοξείδωτων χάλυβες.

Επί του παρόντος, έχουν αναπτυχθεί πολλοί τύποι για να εκφράσουν τη σχετική σημασία των στοιχείων που σχηματίζουν ωστενίτες, το πιο διάσημο είναι ο ακόλουθος τύπος:

Ικανότητα σχηματισμού ωστενίτη = Ni%+30c%+30n%+0,5mn%+0,25cu%

Από αυτή την εξίσωση μπορεί να φανεί ότι:

Ο άνθρακας είναι ένα ισχυρό στοιχείο σχηματισμού ωστενίτη με 30 φορές την ικανότητα να σχηματίζεται ωστενίτη από το νικέλιο, αλλά δεν μπορεί να προστεθεί σε ανοξείδωτους χάλυβες ανθεκτικές στη διάβρωση, επειδή μετά τη συγκόλληση μπορεί να προκαλέσει ευαισθητοποιημένη διάβρωση και επακόλουθο πρόβλημα διάβρωσης.

Το άζωτο είναι επίσης 30 φορές πιο ικανό να σχηματίσει ωστενίτη από το νικέλιο, αλλά είναι ένα αέριο και μόνο περιορισμένες ποσότητες αζώτου μπορούν να προστεθούν στον ανοξείδωτο χάλυβα χωρίς να προκαλούν προβλήματα πορώδους. Η προσθήκη μαγγανίου και χαλκού μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με μειωμένη ανθεκτική ζωή και συγκόλληση στη διαδικασία χάλυβα.

Όπως μπορείτε να δείτε από την εξίσωση νικελίου, η προσθήκη του μαγγανίου δεν είναι πολύ αποτελεσματική στη διαμόρφωση ωστενίτη, αλλά η προσθήκη του μαγγανίου επιτρέπει περισσότερο άζωτο, το οποίο είναι ένας πολύ ισχυρός πρώην ωστενίτης, για να διαλυθεί στον ανοξείδωτο χάλυβα.

Σε 200 ανοξείδωτο χάλυβα σειρές, είναι αρκετό μαγγάνιο και άζωτο για να αντικαταστήσει το νικέλιο για να σχηματίσει 100% ωστενιτική δομή. Όσο χαμηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε νικέλιο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του μαγγανίου και του αζώτου που πρέπει να προστεθεί.

Για παράδειγμα, ο τύπος 201 από ανοξείδωτο χάλυβα περιέχει μόνο 4,5% νικέλιο και 0,25% άζωτο. Από την εξίσωση νικελίου, αυτά τα νιτρογόνα είναι ισοδύναμα με 7,5% νικέλιο στην ικανότητά τους να σχηματίσουν ωστενίτη, έτσι ώστε να μπορεί επίσης να σχηματιστεί μια δομή 100% ωστενίτη. Αυτή είναι και η αρχή του σχηματισμού των ανοξείδωτου χάλυβα 200 σειρών.

Σε περίπου 200 ανοξείδωτες χάλυβες σειράς που δεν πληρούν το πρότυπο, λόγω της αδυναμίας να προσθέσουν επαρκείς ποσότητες μαγγανίου και αζώτου, προκειμένου να σχηματίσει 100% ωστενιτική δομή, η ποσότητα προστιθέμενου χρωμίου μειώνεται τεχνητά, η οποία θα οδηγήσει αναπόφευκτα μείωση της αντοχής στη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα. .

Στον ανοξείδωτο χάλυβα, δύο αντίπαλες δυνάμεις ενεργούν ταυτόχρονα: τα στοιχεία σχηματισμού φερρίτη συνεχίζουν να σχηματίζουν φερρίτη και τα στοιχεία σχηματισμού ωστενίτη συνεχίζουν να σχηματίζουν ωστενίτη. Η τελική κρυσταλλική δομή εξαρτάται από τις σχετικές ποσότητες των δύο κατηγοριών προστιθέμενων στοιχείων.

Το χρώμιο είναι ένα στοιχείο σχηματισμού φερρίτη, οπότε το χρωμίου βρίσκεται σε ανταγωνιστική σχέση με στοιχεία σχηματισμού ωστενίτη στο σχηματισμό της κρυσταλλικής δομής από ανοξείδωτο χάλυβα. Επειδή το σίδηρο και το χρωμίου είναι και τα δύο στοιχεία σχηματισμού φερρίτη, οι ανοξείδωτοι χάλυβες 400 είναι πλήρως φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες που είναι μαγνητικοί.

Στη διαδικασία προσθήκης του στοιχείου σχηματισμού ωστενίτη-σχηματισμού-nickel στον ανοξείδωτο χάλυβα σιδήρου-χρωμίου, καθώς η περιεκτικότητα σε νικέλιο αυξάνεται, ο σχηματισμός ωστενίτη θα αυξηθεί σταδιακά μέχρι να μετατραπεί όλη η δομή φερρίτη σε δομή ωστενίτη, σχηματίζοντας έτσι 300 σειρές από ανοξείδωτο χάλυβα.

Εάν προστεθεί μόνο η μισή ποσότητα νικελίου, σχηματίζονται 50% φερρίτη και 50% ωστενίτη, μια δομή γνωστή ως Duplex από ανοξείδωτο χάλυβα.

Το 400 Series Series ανοξείδωτο χάλυβα είναι ένα κράμα σιδήρου, άνθρακα-χρωμίου. Αυτός ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει μαρτενσιτική δομή και σίδηρο, έτσι έχει φυσιολογικές μαγνητικές ιδιότητες. 400 σειρές από ανοξείδωτο χάλυβα έχει ισχυρή αντίσταση στην οξείδωση υψηλής θερμοκρασίας και σε σύγκριση με τον ανθρακωρύχιο χάλυβα, οι φυσικές και μηχανικές του ιδιότητες βελτιώνονται περαιτέρω. Οι περισσότεροι από ανοξείδωτοι χάλυβες 400 σειρών μπορούν να υποβληθούν σε θερμική επεξεργασία.

300 σειρές από ανοξείδωτο χάλυβα είναι ένα υλικό κράματος που περιέχει σίδηρο, άνθρακα, νικέλιο και χρωμίου, ένα μη μαγνητικό υλικό από ανοξείδωτο χάλυβα, το οποίο έχει καλύτερες ελάχιστες ιδιότητες από ανοξείδωτο χάλυβα σειρές 400. Λόγω της ωστενιτικής δομής του ανοξείδωτου χάλυβα 300 σειρές, έχει ισχυρή αντοχή στη διάβρωση σε πολλά περιβάλλοντα, καλή αντίσταση στο κάταγμα που προκαλείται από τη διάβρωση που προκαλείται από μεταλλική υπερβολή και οι υλικές του ιδιότητες δεν επηρεάζονται από θερμική επεξεργασία. επιρροές.