Osnovno znanje o niklu i nehrđajućem čeliku

Osnovno znanje o niklu i nehrđajućem čeliku

Glavna funkcija nikla u nehrđajućem čeliku je da mijenja kristalnu strukturu čelika. Jedan od glavnih razloga za dodavanje nikla nehrđajućem čeliku je stvaranje kristalne strukture austenita, koja poboljšava svojstva nehrđajućeg čelika kao što su plastičnost, zavarljivost i žilavost. Stoga se nikal naziva elementom koji tvori austenit. Kristalna struktura običnog ugljičnog čelika naziva se ferit, koji predstavlja kubičnu (BCC) strukturu s središtem tijela. Dodatak nikla potiče transformaciju kristalne strukture iz kubične (BCC) strukture u središnju kubičnu (FCC) strukturu, koja se naziva austenit. Međutim, nikal nije jedini element s ovim svojstvom. Uobičajeni elementi koji tvore austenit uključuju nikal, ugljik, dušik, mangan i bakar. Relativna važnost ovih elemenata u formiranju austenita od velike je važnosti za predviđanje kristalne strukture nehrđajućeg čelika. Trenutno su razvijene mnoge formule za izražavanje relativne važnosti elemenata koji tvore austenit, od kojih je najpoznatija sljedeća formula:

Sposobnost stvaranja austenita=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%

Iz ove jednadžbe može se vidjeti da je ugljik jak element koji stvara austenit, sa sposobnošću stvaranja austenita 30 puta većom od nikla. Međutim, ne može se dodati nehrđajućem čeliku otpornom na koroziju jer može uzrokovati senzibiliziranu koroziju i naknadne probleme međukristalne korozije nakon zavarivanja. Sposobnost elementa dušika da formira austenit također je 30 puta veća od sposobnosti nikla, ali on je plin. Kako bi se izbjegao problem poroznosti, nehrđajućem čeliku može se dodati samo ograničena količina dušika. Dodavanje mangana i bakra može dovesti do smanjenog vijeka vatrostalnog materijala i problema sa zavarivanjem tijekom procesa proizvodnje čelika.

Iz jednadžbe nikla može se vidjeti da dodavanje mangana nije vrlo učinkovito u stvaranju austenita, ali dodavanjem mangana može se otopiti više dušika u nehrđajućem čeliku, koji je vrlo jak element koji stvara austenit. U nehrđajućem čeliku serije 200 dovoljno je mangana i dušika da zamijene nikal kako bi se formirala 100% austenitna struktura. Što je niži sadržaj nikla, potrebna je veća količina mangana i dušika. Na primjer, nehrđajući čelik tipa 201 sadrži samo 4,5% nikla i 0,25% dušika. Prema jednadžbi nikla, sposobnost ovog dušika da formira austenit je ekvivalentna 7,5% nikla, tako da također može formirati strukturu 100% austenita. Ovo je također princip oblikovanja nehrđajućeg čelika serije 200. Kod nekih nehrđajućih čelika serije 200 koji ne zadovoljavaju standarde, zbog nemogućnosti dodavanja dovoljnih količina mangana i dušika, kako bi se stvorila 100% austenitna struktura, umjetno je smanjena količina dodanog kroma, što neminovno dovodi do smanjenje otpornosti nehrđajućeg čelika na koroziju.

U nehrđajućem čeliku dvije suprotne sile djeluju istovremeno: elementi koji tvore ferit kontinuirano tvore ferit, a elementi koji tvore austenit kontinuirano tvore austenit. Konačna kristalna struktura ovisi o relativnoj količini dviju vrsta dodanih elemenata. Krom je feritni element, tako da postoji kompetitivni odnos između kroma i austenitnih elemenata u formiranju kristalne strukture nehrđajućeg čelika.

www.superbheater.com