Lợi thế nickel

Tổng quan về thép không gỉ chứa niken

Thép không gỉ không phải là một vật liệu duy nhất; có năm gia đình, mỗi gia đình bao gồm nhiều lớp. Niken là một bổ sung hợp kim quan trọng trong gần hai phần ba của thép không gỉ được sản xuất ngày hôm nay.

Crom là yếu tố hợp kim quan trọng làm cho thép không gỉ 'không gỉ'. Hơn 10,5 phần trăm cần phải được thêm vào thép để cho phép màng oxit bảo vệ hình thành cung cấp khả năng chống ăn mòn của nó và sự xuất hiện tươi sáng, bạc. Nói chung, lượng crom được thêm vào càng lớn, khả năng chống ăn mòn càng cao. Phát hiện đó đã được thực hiện chỉ hơn một thế kỷ trước. Một số loại thép không gỉ ban đầu cũng chứa niken, dẫn đến cải thiện tính chất, và các lớp có chứa niken đã được sử dụng kể từ đó. Ngày nay, mặc dù niken có thể được coi là một bổ sung hợp kim chi phí tương đối cao, khoảng hai phần ba trọng tải của thép không gỉ được sản xuất mỗi năm có chứa niken. Vai trò của niken là gì và tại sao nó được sử dụng rộng rãi như vậy?

Chức năng chính của niken là ổn định cấu trúc austenit của thép ở nhiệt độ phòng và bên dưới. Cấu trúc austenittic (tức là tinh thể khối tập trung vào khuôn mặt) này đặc biệt cứng rắn và dễ uốn. Những người, và các thuộc tính khác, chịu trách nhiệm về tính linh hoạt của các loại khác nhau của thép không gỉ. Nhôm, đồng và niken chính nó là những ví dụ tốt về kim loại với cấu trúc austenit.

Lượng niken tối thiểu có thể ổn định cấu trúc austenit ở nhiệt độ phòng là khoảng 8 phần trăm, đó là lý do tại sao nó là tỷ lệ phần trăm có mặt trong lớp thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất, cụ thể là Loại 304. Loại 304 chứa 18 phần trăm crom và 8 phần trăm niken và thường được gọi là 18/8. Thành phần đó là một trong những thành phần đầu tiên được phát triển trong lịch sử thép không gỉ, vào đầu thế kỷ XX. Nó được sử dụng cho các nhà máy hóa chất và phủ tòa nhà Chrysler mang tính biểu tượng ở thành phố New York, được hoàn thành vào năm 1929.

Mangan lần đầu tiên được sử dụng như một bổ sung cho thép không gỉ vào những năm 1930. 200-loạt các lớp niken thấp, austenit đã được phát triển hơn nữa trong những năm 1950, khi niken khan hiếm. Những cải tiến gần đây hơn trong thực hành nóng chảy đã cho phép bổ sung kiểm soát lượng nitơ tăng lên, một tác nhân hình thành austenite mạnh. Trong khi điều này có thể cho thấy rằng tất cả niken có thể được thay thế bằng cấu trúc còn lại austenit, tuy nhiên nó không phải là đơn giản như vậy; tất cả các lớp austenit mangan cao thương mại có sẵn ngày hôm nay vẫn còn có một bổ sung có chủ ý của niken. Nhiều người cũng có hàm lượng crom giảm để duy trì cấu trúc austenit. Tuy nhiên, cách tiếp cận này làm giảm khả năng chống ăn mòn của các hợp kim này so với các lớp niken 300-series tiêu chuẩn.

Khi tổng hàm lượng austenite trước đây bị giảm, cấu trúc của thép không gỉ thay đổi từ 100 phần trăm austenite thành hỗn hợp austenite và ferrite (tinh thể khối trung tâm); đây là những thép không gỉ hai mặt. Niken tiếp tục ổn định cấu trúc của pha austenite. Tất cả các lớp duplex quan trọng về mặt thương mại, ngay cả các 'duplexes nạc', chứa 1 phần trăm hoặc nhiều niken như là một bổ sung có chủ ý. Hầu hết các loại thép không gỉ hai mặt có hàm lượng crom cao hơn so với các lớp austenit tiêu chuẩn; mức crom trung bình càng lớn, hàm lượng niken tối thiểu phải càng lớn. Điều này tương tự như trường hợp của 200-series.

Cấu trúc hai pha của các lớp hai mặt làm cho chúng vốn mạnh hơn các lớp austenit thông thường. Hàm lượng crom cao hơn một chút cũng cung cấp cho họ khả năng chống ăn mòn được cải thiện một chút so với các lớp tiêu chuẩn. Trong khi có những đặc điểm khác để đưa vào xem xét, các lớp duplex đã tìm thấy một số ứng dụng thích hợp có giá trị.

Giảm hàm lượng niken hơn nữa - thậm chí về 0 - cung cấp các lớp không có austenite nào cả. Chúng có cấu trúc đu quay hoàn toàn. Sắt và thép nhẹ cũng có cấu trúc ferritic ở nhiệt độ môi trường xung quanh.

Không phải tất cả các lớp ferritic là hoàn toàn niken miễn phí. Niken được biết là làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp dễ uốn đến giòn (DBTT), tức là nhiệt độ bên dưới mà hợp kim trở nên giòn. DBTT cũng là một chức năng của các yếu tố khác, chẳng hạn như kích thước hạt và bổ sung hợp kim khác. Tuy nhiên, một số lớp siêu ferritic hợp kim cao có chứa một bổ sung có chủ ý của niken để cải thiện DBTT, đặc biệt là các mối hàn.

Không giống như các lớp austenit, các lớp martensitic có thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt. Tuy nhiên, một số có chứa niken, không chỉ cải thiện độ dẻo dai mà còn cho phép thép có hàm lượng crom cao hơn, từ đó tăng khả năng chống ăn mòn. Việc xử lý nhiệt cứng liên quan đến việc sưởi ấm đến một nhiệt độ nhất định và sau đó dập tắt vật liệu, tiếp theo là một hoạt động ủ.

Cuối cùng, các lớp làm cứng lượng mưa (PH) cũng có thể phát triển cường độ cao thông qua xử lý nhiệt. Có nhiều họ khác nhau của các lớp PH, nhưng tất cả đều có chứa niken. Không giống như gia đình martensitic xử lý nhiệt không liên quan đến một bước dập tắt.