نقش نیکل در فولاد ضد زنگ

نقش نیکل در فولاد ضد زنگ تنها پس از ترکیب آن با کروم انجام می شود.

1. نیکل به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولاد ضد زنگ

نیکل یک ماده عالی مقاوم در برابر خوردگی و یک عنصر آلیاژی مهم در فولاد آلیاژی است. به عنوان یک عنصر آستنیت ساز در فولاد، نیکل باید به محتوای 24 درصد برسد تا ساختاری کاملا آستنیتی در فولاد نیکل کم کربن به دست آورد. تنها زمانی که میزان نیکل به 27 درصد برسد، مقاومت فولاد در برابر خوردگی در محیط های خاص به طور قابل توجهی تغییر می کند. بنابراین، نیکل به تنهایی نمی تواند فولاد ضد زنگ باشد. با این حال، هنگامی که نیکل و کروم در فولاد زنگ نزن همزیستی داشته باشند، فولاد ضد زنگ حاوی نیکل خواص ارزشمند زیادی را نشان می دهد.

از این رو، واضح است که نقش نیکل به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولاد ضد زنگ، تغییر ساختار فولاد با کروم بالا است، در نتیجه مقاومت به خوردگی و فرآیند پذیری فولاد ضد زنگ را افزایش می دهد.

2. منگنز و نیتروژن به عنوان جایگزین نیکل در فولاد ضد زنگ کروم نیکل

اگرچه فولاد آستنیتی کروم نیکل دارای مزایای بسیاری است، دهه های اخیر شاهد توسعه و کاربرد گسترده آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت مبتنی بر نیکل و فولادهای مقاوم در برابر حرارت که حاوی کمتر از 20 درصد نیکل هستند، بوده است. علاوه بر این، توسعه روزافزون صنایع شیمیایی تقاضا برای فولاد ضد زنگ را افزایش داده است. با این حال، ذخایر معدنی نیکل محدود و در چند منطقه متمرکز است که منجر به عدم تعادل عرضه و تقاضای جهانی می شود. در نتیجه، علم حفظ نیکل و جایگزینی آن با عناصر دیگر، به ویژه در کشورهایی که منابع نیکل کمیاب دارند، به کانون تحقیقات و تولید تبدیل شده است. در این زمینه، منگنز و نیتروژن برای جایگزینی نیکل در فولاد ضد زنگ و فولاد مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود.

3. منگنز روی آستنیت اثری مشابه نیکل دارد

اما با برخی تمایزات به طور خاص، منگنز آستنیت را تشکیل نمی دهد. در عوض، سرعت بحرانی خاموش شدن فولاد را کاهش می دهد، پایداری آستنیت را در طول خنک شدن افزایش می دهد، از تجزیه آستنیت جلوگیری می کند و به حفظ ساختار آستنیتی در دمای اتاق کمک می کند. منگنز در افزایش مقاومت در برابر خوردگی فولاد کمترین اثر را دارد. به عنوان مثال، افزایش محتوای منگنز در فولاد از 0 به 10.4٪ مقاومت به خوردگی آن را در هوا یا محیط های اسیدی تغییر قابل توجهی نمی دهد. این به این دلیل است که منگنز تأثیر ناچیزی در افزایش پتانسیل الکترود محلول‌های جامد مبتنی بر آهن دارد و اثر محافظتی لایه اکسیدی تشکیل‌شده نیز بسیار کم است. در نتیجه، اگرچه فولادهای آستنیتی آلیاژی با منگنز در صنعت وجود دارد (مانند فولادهای 40Mn18Cr4، 50Mn18Cr4WN، فولاد ZGMn13 و غیره)، اما از آنها به عنوان فولاد ضد زنگ استفاده نمی شود.

نقش منگنز در تثبیت آستنیت در فولاد تقریباً نصف نیکل است. در مقایسه، نیتروژن 2 درصد نیز می تواند آستنیت را در فولاد تثبیت کند و تأثیر آن حتی از نیکل بیشتر است. به عنوان مثال، برای به دست آوردن ساختار آستنیتی در دمای اتاق در فولاد حاوی 18٪ کروم، فولاد ضد زنگ کم نیکل با منگنز و نیتروژن جایگزین نیکل، و همچنین فولاد ضد زنگ کروم- منگنز- نیتروژن با نیکل، در حال حاضر در صنعت استفاده می شود. . در برخی موارد، این جایگزین‌ها با موفقیت جایگزین فولاد ضد زنگ کروم نیکل کلاسیک 18-8 شده‌اند.