O papel de níquel em aço inoxidável

O principal papel do níquel no aço inoxidável é que ele altera a estrutura cristalina do aço. Uma das principais razões para a adição de níquel ao aço inoxidável é a formação de uma estrutura cristalina austenítica, o que melhora as propriedades de aço inoxidável, como ductilidade, soldabilidade e tenacidade, portanto, o níquel é conhecido como um ex -austenita.

A estrutura cristalina do aço carbono comum é chamada ferrita, que é uma estrutura cúbica centrada no corpo (BCC), e o níquel é adicionado para promover a estrutura cristalina para mudar de uma estrutura cúbica centrada no corpo (BCC) para uma cúbica centrada no rosto, centrada (FCC) Estrutura. Essa estrutura é chamada para austenita.

No entanto, o níquel não é o único elemento dessa propriedade. Os elementos comuns de formação de austenita são: níquel, carbono, nitrogênio, manganês e cobre. A importância relativa desses elementos na formação de austenita tem implicações importantes para prever a estrutura cristalina dos aços inoxidáveis.

Atualmente, muitas fórmulas foram desenvolvidas para expressar a importância relativa dos elementos de formação de austenita, sendo o mais famoso a seguinte fórmula:

Capacidade de formação de austenita = ni%+30c%+30n%+0,5mn%+0,25cu%

Desta equação, pode -se ver que:

O carbono é um forte elemento de formação de austenita, com 30 vezes a capacidade de formar austenita que o níquel, mas não pode ser adicionado aos aços inoxidáveis ​​resistentes à corrosão, porque após a soldagem pode causar corrosão sensibilizada e subsequente problema de corrosão intergranular.

O nitrogênio também é 30 vezes mais capaz de formar austenita que o níquel, mas é um gás e quantidades limitadas de nitrogênio podem ser adicionadas ao aço inoxidável sem causar problemas de porosidade. A adição de manganês e cobre pode causar problemas com vida útil refratária reduzida e soldagem no processo de fabricação de aço.

Como você pode ver na equação de níquel, a adição de manganês não é muito eficaz na formação de austenita, mas a adição de manganês permite que mais nitrogênio, que é um ex -austenita muito forte, para se dissolver no aço inoxidável.

Em 200 aço inoxidável da série, é manganês e nitrogênio suficientes para substituir o níquel para formar uma estrutura austenítica 100%. Quanto menor o teor de níquel, maior a quantidade de manganês e nitrogênio que precisa ser adicionado.

Por exemplo, o aço inoxidável tipo 201 contém apenas 4,5% de níquel e nitrogênio a 0,25%. A partir da equação de níquel, esses nitrogênios são equivalentes a 7,5% de níquel em sua capacidade de formar austenita; portanto, uma estrutura austenita 100% também pode ser formada. Este também é o princípio de formação da série 200 aço inoxidável.

Em cerca de 200 aços inoxidáveis ​​da série que não atendem ao padrão, devido à incapacidade de adicionar quantidades suficientes de manganês e nitrogênio, a fim de formar uma estrutura 100% austenítica, a quantidade de cromo adicionada é artificialmente reduzida, o que inevitavelmente levará a levar a Um declínio na resistência à corrosão do aço inoxidável. .

No aço inoxidável, duas forças opostas agem simultaneamente: os elementos formadores de ferrite continuam a formar ferrita, e os elementos formadores de austenita continuam a formar austenita. A estrutura cristalina final depende das quantidades relativas das duas classes de elementos adicionados.

O cromo é um elemento formador de ferrite, portanto o cromo está em uma relação competitiva com os elementos formadores de austenita na formação da estrutura cristalina de aço inoxidável. Como o ferro e o cromo são os dois elementos formadores de ferrite, os aços inoxidáveis ​​da série 400 são aços inoxidáveis ​​totalmente ferríticos que são magnéticos.

No processo de adição do elemento-níquel de formação de austenita ao aço inoxidável de ferro-cromo, à medida que o teor de níquel aumenta, a austenita formada aumentará gradualmente até que toda a estrutura da ferrita seja transformada em estrutura de austenita, formando assim o aço inoxidável da série 300.

Se apenas metade da quantidade de níquel for adicionada, 50% de ferrita e 50% de austenita são formados, uma estrutura conhecida como aço inoxidável duplex.

A aço inoxidável da série 400 é uma liga de ferro e chromium de carbono. Esse aço inoxidável possui uma estrutura e ferro martensítico, por isso possui propriedades magnéticas normais. O aço inoxidável da série 400 tem forte resistência à oxidação de alta temperatura e, em comparação com o aço carbono, suas propriedades físicas e mecânicas são aprimoradas ainda mais. A maioria dos aços inoxidáveis ​​da série 400 pode ser tratada térmico.

A aço inoxidável da série 300 é um material de liga que contém ferro, carbono, níquel e cromo, um material de aço inoxidável não magnético, que possui melhores propriedades maleáveis ​​do que 400 aço inoxidável da série. Devido à estrutura austenítica do aço inoxidável da série 300, possui forte resistência à corrosão em muitos ambientes, boa resistência à fratura causada pela corrosão causada por sobrecarga de metal e suas propriedades do material não são afetadas pelo tratamento térmico. influências.