Базовые знания о никеле и нержавеющей стали.

Базовые знания о никеле и нержавеющей стали.

Основная функция никеля в нержавеющей стали заключается в изменении кристаллической структуры стали. Одной из основных причин добавления никеля в нержавеющую сталь является образование кристаллической структуры аустенита, которая улучшает такие свойства нержавеющей стали, как пластичность, свариваемость и ударная вязкость. Поэтому никель называют элементом, образующим аустенит. Кристаллическая структура обычной углеродистой стали называется ферритом и представляет собой объемноцентрированную кубическую (BCC) структуру. Добавление никеля способствует преобразованию кристаллической структуры из объемно-центрированной кубической (BCC) структуры в гранецентрированную кубическую (FCC) структуру, которая называется аустенитом. Однако никель — не единственный элемент, обладающий этим свойством. Общие элементы, образующие аустенит, включают никель, углерод, азот, марганец и медь. Относительная важность этих элементов в образовании аустенита имеет большое значение для прогнозирования кристаллической структуры нержавеющей стали. В настоящее время разработано множество формул, выражающих относительную важность элементов, образующих аустенит, наиболее известной из которых является следующая формула:

Способность к образованию аустенита=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%

Из этого уравнения видно, что углерод является сильным аустенитобразующим элементом, способным образовывать аустенит в 30 раз больше, чем никель. Однако его нельзя добавлять в коррозионностойкую нержавеющую сталь, поскольку он может вызвать сенсибилизирующую коррозию и последующие проблемы межкристаллитной коррозии после сварки. Способность элемента азота образовывать аустенит также в 30 раз выше, чем у никеля, но он представляет собой газ. Чтобы избежать проблемы пористости, в нержавеющую сталь можно добавлять только ограниченное количество азота. Добавление марганца и меди может привести к сокращению срока службы огнеупоров и проблемам со сваркой в ​​процессе производства стали.

Из уравнения никеля видно, что добавление марганца не очень эффективно для образования аустенита, но добавление марганца может растворить больше азота в нержавеющей стали, которая является очень сильным элементом, образующим аустенит. В нержавеющей стали серии 200 марганца и азота достаточно, чтобы заменить никель и сформировать 100% аустенитную структуру. Чем ниже содержание никеля, тем большее количество марганца и азота необходимо добавлять. Например, нержавеющая сталь типа 201 содержит всего 4,5% никеля и 0,25% азота. Согласно уравнению никеля, способность этого азота образовывать аустенит эквивалентна 7,5% никеля, поэтому он также может образовывать 100% аустенитную структуру. Это также принцип формирования нержавеющей стали серии 200. В некоторых нержавеющих сталях серии 200, не соответствующих стандартам, из-за невозможности добавления достаточного количества марганца и азота для формирования 100%-ной аустенитной структуры количество добавляемого хрома искусственно снижается, что неизбежно приводит к снижение коррозионной стойкости нержавеющей стали.

В нержавеющей стали одновременно действуют две противоположные силы: ферритообразующие элементы непрерывно образуют феррит, а аустенитообразующие элементы непрерывно образуют аустенит. Окончательная кристаллическая структура зависит от относительного количества двух типов добавленных элементов. Хром является элементом, образующим феррит, поэтому между хромом и элементами, образующими аустенит, существует конкурентная связь при формировании кристаллической структуры нержавеющей стали.

www.superbheater.com