ميزة النيكل

نظرة عامة على الفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على النيكل

الفولاذ المقاوم للصدأ ليس مادة واحدة ؛ هناك خمس عائلات ، كل منها يتكون من عدة درجات. يعتبر النيكل إضافة مهمة في صناعة السبائك لما يقرب من ثلثي الفولاذ المقاوم للصدأ المنتج اليوم.

الكروم هو عنصر السبائك الرئيسي الذي يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ "غير قابل للصدأ". يجب إضافة أكثر من 10.5 في المائة إلى الفولاذ للسماح بتكوين طبقة الأكسيد الواقية التي توفر لها مقاومة للتآكل ومظهر فضي لامع. بشكل عام ، كلما زادت كمية الكروم المضافة ، زادت مقاومة التآكل. تم هذا الاكتشاف منذ أكثر من قرن بقليل. احتوت بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المبكرة أيضًا على النيكل ، مما أدى إلى تحسين الخواص ، وقد تم استخدام الدرجات المحتوية على النيكل منذ ذلك الحين. اليوم ، على الرغم من أنه يمكن اعتبار النيكل إضافة عالية التكلفة نسبيًا لصناعة السبائك ، إلا أن حوالي ثلثي حمولة الفولاذ المقاوم للصدأ التي يتم إنتاجها سنويًا تحتوي على النيكل. ما هو دور النيكل ولماذا يتم استخدامه على نطاق واسع؟

تتمثل الوظيفة الأساسية للنيكل في تثبيت الهيكل الأوستنيتي للصلب في درجة حرارة الغرفة وما دونها. هذا الهيكل الأوستنيتي (أي الكريستال المكعب المتمركز على الوجه) قوي بشكل خاص وقابل للدكتات. هذه ، وغيرها من الخصائص ، هي المسؤولة عن تنوع درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المختلفة. يعد الألومنيوم والنحاس والنيكل نفسه أمثلة جيدة على المعادن ذات الهياكل الأوستنيتيّة.

الحد الأدنى من كمية النيكل التي يمكن أن تثبت الهيكل الأوستنيتي في درجة حرارة الغرفة هي حوالي 8 بالمائة ، وهذا هو السبب في أنها النسبة المئوية الموجودة في أكثر درجات الفولاذ المقاوم للصدأ استخدامًا ، وهي النوع 304 ، يحتوي النوع 304 على 18 بالمائة من الكروم و 8 بالمائة النيكل وغالبًا ما يشار إليه باسم 18/8. كان هذا التكوين من أوائل التركيبات التي تم تطويرها في تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ ، في أوائل القرن العشرين. تم استخدامه للمصانع الكيماوية وتكسية مبنى كرايسلر الشهير في مدينة نيويورك ، والذي تم الانتهاء منه في عام 1929.

تم استخدام المنغنيز لأول مرة كإضافة للفولاذ المقاوم للصدأ في الثلاثينيات. تم تطوير سلسلة 200 من درجات الأوستنيتي منخفضة النيكل بشكل أكبر خلال الخمسينيات ، عندما كان النيكل نادرًا. سمحت التحسينات الحديثة في ممارسات الصهر بالإضافة الخاضعة للرقابة لكميات متزايدة من النيتروجين ، وهو عامل تكوين الأوستينيت القوي. في حين أن هذا قد يشير إلى أنه يمكن استبدال كل النيكل بالهيكل الأوستنيتي المتبقي ، إلا أنه ليس بهذه البساطة ؛ جميع درجات الأوستنيتي عالية المنغنيز المتوفرة تجاريًا اليوم لا تزال تحتوي على إضافات متعمدة من النيكل. يحتوي العديد أيضًا على محتوى منخفض من الكروم من أجل الحفاظ على الهيكل الأوستنيتي. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يقلل من مقاومة التآكل لهذه السبائك مقارنة بدرجات النيكل القياسية من السلسلة 300.

مع انخفاض المحتوى الكلي لمشكِّلات الأوستينيت ، يتغير هيكل الفولاذ المقاوم للصدأ من 100 في المائة الأوستينيت إلى خليط من الأوستينيت والفريت (بلورة مكعبة محورها الجسم) ؛ هذه هي الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين. يستمر النيكل في تثبيت بنية مرحلة الأوستينيت. تحتوي جميع درجات الطباعة على الوجهين المهمة تجاريًا ، حتى "الدوبلكس الهزيل" ، على 1 في المائة أو أكثر من النيكل كإضافة متعمدة. تحتوي معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين على محتوى من الكروم أعلى من درجات الأوستنيتي القياسية ؛ كلما زاد متوسط ​​مستوى الكروم ، يجب أن يكون الحد الأدنى لمحتوى النيكل أكبر. هذا مشابه لحالة سلسلة 200.

إن البنية ثنائية الطور للدرجات المزدوجة تجعلها بطبيعتها أقوى من الدرجات الأوستنيتية الشائعة. كما أن محتواها العالي من الكروم يمنحها أيضًا مقاومة محسنة للتآكل مقارنة بالدرجات القياسية. في حين أن هناك خصائص أخرى يجب أخذها في الاعتبار ، فقد وجدت الدرجات المزدوجة بعض التطبيقات المتخصصة القيمة.

يؤدي تقليل محتوى النيكل بشكل أكبر - حتى إلى الصفر - إلى توفير درجات بدون الأوستينيت على الإطلاق. هذه لها هيكل حديدي بالكامل. يحتوي الحديد والفولاذ الخفيف أيضًا على بنية حديدية في درجات الحرارة المحيطة.

ليست كل درجات الحديد خالية تمامًا من النيكل. من المعروف أن النيكل يخفض درجة حرارة التحول من الدكتايل إلى الهشاشة (DBTT) ، أي درجة الحرارة التي تحتها السبيكة تصبح هشة. يعتبر DBTT أيضًا دالة لعوامل أخرى ، مثل حجم الحبيبات وإضافات السبائك الأخرى. ومع ذلك ، فإن بعض درجات الحديد الفائق عالية السبائك تحتوي على إضافة مقصودة للنيكل لتحسين DBTT ، خاصةً اللحامات.

على عكس درجات الأوستنيتي ، يمكن تقوية الدرجات المارتينزيتية عن طريق المعالجة الحرارية. ومع ذلك ، فإن بعضها يحتوي على النيكل ، والذي لا يحسن الصلابة فحسب ، بل يمكّن الفولاذ أيضًا من الحصول على محتوى أعلى من الكروم ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة مقاومة التآكل. تتضمن المعالجة الحرارية للتصلب التسخين إلى درجة حرارة معينة ثم إخماد المادة ، تليها عملية التقسية.

أخيرًا ، يمكن أن تطور درجات تصلب الترسيب (PH) قوة عالية من خلال المعالجة الحرارية. هناك عائلات مختلفة من درجات PH ، لكنها كلها تحتوي على النيكل. على عكس عائلة مارتينسيت ، فإن المعالجة الحرارية لا تنطوي على خطوة تبريد.