Podstawowa znajomość niklu i stali nierdzewnej

Podstawowa znajomość niklu i stali nierdzewnej

Główną funkcją niklu w stali nierdzewnej jest zmiana struktury krystalicznej stali. Jednym z głównych powodów dodawania niklu do stali nierdzewnej jest tworzenie się struktury krystalicznej austenitu, która poprawia właściwości stali nierdzewnej, takie jak plastyczność, spawalność i wytrzymałość. Dlatego nikiel nazywany jest pierwiastkiem tworzącym austenit. Struktura krystaliczna zwykłej stali węglowej nazywa się ferrytem i ma strukturę sześcienną skupioną na ciele (BCC). Dodatek niklu sprzyja transformacji struktury kryształu ze struktury sześciennej skupionej wokół ciała (BCC) do struktury sześciennej skupionej na powierzchni (FCC), zwanej austenitem. Jednak nikiel nie jest jedynym pierwiastkiem posiadającym tę właściwość. Typowe pierwiastki tworzące austenit obejmują nikiel, węgiel, azot, mangan i miedź. Względne znaczenie tych pierwiastków w tworzeniu austenitu ma ogromne znaczenie dla przewidywania struktury krystalicznej stali nierdzewnej. Obecnie opracowano wiele wzorów wyrażających względne znaczenie pierwiastków tworzących austenit, z których najbardziej znanym jest następujący wzór:

Zdolność do formowania austenitu=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%

Z tego równania widać, że węgiel jest pierwiastkiem silnie tworzącym austenit, mającym zdolność tworzenia austenitu 30 razy większą niż nikiel. Nie można go jednak dodawać do stali nierdzewnej odpornej na korozję, ponieważ może powodować korozję uczulającą i późniejsze problemy z korozją międzykrystaliczną po spawaniu. Zdolność pierwiastka azotu do tworzenia austenitu jest również 30 razy większa niż niklu, ale jest to gaz. Aby uniknąć problemu porowatości, do stali nierdzewnej można dodawać jedynie ograniczoną ilość azotu. Dodatek manganu i miedzi może prowadzić do zmniejszenia trwałości materiałów ogniotrwałych i problemów ze spawaniem podczas procesu produkcji stali.

Z równania niklu widać, że dodanie manganu nie jest zbyt skuteczne w tworzeniu austenitu, ale dodanie manganu może rozpuścić więcej azotu w stali nierdzewnej, która jest bardzo silnym pierwiastkiem tworzącym austenit. W stali nierdzewnej serii 200 wystarczy mangan i azot, aby zastąpić nikiel, aby utworzyć strukturę w 100% austenityczną. Im niższa zawartość niklu, tym większa ilość manganu i azotu wymagana do dodania. Na przykład stal nierdzewna typu 201 zawiera tylko 4,5% niklu i 0,25% azotu. Zgodnie z równaniem niklu zdolność tego azotu do tworzenia austenitu jest równoważna 7,5% niklu, więc może również tworzyć strukturę w 100% austenityczną. Jest to również zasada formowania stali nierdzewnej serii 200. W niektórych stalach nierdzewnych serii 200, które nie spełniają norm, ze względu na brak możliwości dodania wystarczającej ilości manganu i azotu w celu uzyskania struktury w 100% austenitycznej, ilość dodanego chromu została sztucznie zmniejszona, co nieuchronnie prowadzi do zmniejszenie odporności na korozję stali nierdzewnej.

W stali nierdzewnej działają jednocześnie dwie przeciwstawne siły: elementy tworzące ferryt w sposób ciągły tworzą ferryt, a elementy tworzące austenit w sposób ciągły tworzą austenit. Ostateczna struktura krystaliczna zależy od względnej ilości dwóch rodzajów dodanych pierwiastków. Chrom jest pierwiastkiem tworzącym ferryt, zatem istnieje konkurencyjna zależność pomiędzy pierwiastkami tworzącymi chrom i austenit w tworzeniu struktury krystalicznej stali nierdzewnej.

www.superbheater.com