L'avantatge del níquel

Visió general dels acers inoxidables que contenen níquel

L'acer inoxidable no és un sol material; hi ha cinc famílies, cadascuna de les quals consta de moltes qualificacions. Nickel és una addició d'aliatge important en gairebé dos terços de l'acer inoxidable produït avui en dia.

El crom és l'element d'aliatge clau que fa que els acers inoxidables estiguin 'inoxidables'. Més del 10,5 per cent s'ha d'afegir a l'acer per permetre que la pel·lícula d'òxid de protecció per formar que proporciona la seva resistència a la corrosió i l'aspecte brillant i platejat. En general, com més gran sigui la quantitat de crom afegit, més alta serà la resistència a la corrosió. Aquest descobriment es va fer fa poc més d'un segle. Alguns dels primers acers inoxidables també contenien níquel, el que resulta en propietats millorades, i les qualificacions que contenen níquel han estat en ús des de llavors. Avui en dia, tot i que el níquel pot ser vist com una addició d'aliatge relativament d'alt cost, al voltant de dos terços del tonatge d'acer inoxidable produït cada any conté níquel. Quin és el paper del níquel i per què s'utilitza tan extensament?

La funció principal del níquel és estabilitzar l'estructura austenítica de l'acer a temperatura ambient i per sota. Aquesta estructura austenítica (és a dir, cristall cúbic centrat en la cara) és particularment dura i dúctil. Aquestes, i altres propietats, s'encarreguen de la versatilitat dels diferents graus d'acer inoxidable. Alumini, coure i níquel en si són bons exemples de metalls amb estructures austenítiques.

La quantitat mínima de níquel que pot estabilitzar l'estructura austenítica a temperatura ambient és al voltant del 8 per cent, per la qual cosa és el percentatge present en el grau d'acer inoxidable més utilitzat, és a dir, tipus 304. Tipus 304 conté 18 per cent de crom i 8 per cent de níquel i sovint es coneix com 18/8. Aquesta composició va ser una de les primeres a desenvolupar-se en la història de l'acer inoxidable, a principis del segle XX. Va ser utilitzat per a plantes químiques i per revestida de l'emblemàtic edifici Chrysler de Nova York, que es va completar el 1929.

El manganès va ser utilitzat per primera vegada com a addició a l'acer inoxidable en la dècada de 1930. La sèrie de 200 sèries de níquel baix, graus austenítics es va desenvolupar encara més durant la dècada de 1950, quan el níquel era escàs. Les millores més recents en les pràctiques de fusió han permès l'addició controlada d'augment de quantitats de nitrogen, un potent agent de formació d'austenita. Si bé això podria suggerir que tot el níquel pot ser reemplaçat per l'estructura que queda austenítica, però no és tan simple com això; tots els graus austenítics d'alt manganès comercialment disponibles avui en dia encara tenen una addició deliberada de níquel. Molts també tenen un contingut reduït de crom per tal de mantenir l'estructura austenítica. No obstant això, aquest enfocament redueix la resistència a la corrosió d'aquests aliatges en comparació amb els graus estàndard de níquel de 300 sèries.

A mesura que es redueix el contingut total d'antics austenites, l'estructura de l'acer inoxidable canvia del 100 per cent d'austenita a una barreja d'austenita i ferrita (cristall cúbic centrat en el cos); aquests són els acers inoxidables dúplex. El níquel continua estabilitzant l'estructura de la fase d'austenita. Totes les qualificacions dúplex comercialment importants, fins i tot els 'dúplex magra', contenen un 1 per cent o més de níquel com una addició deliberada. La majoria dels acers inoxidables dúplex tenen un contingut de crom més alt que les qualificacions austenítiques estàndard; com més gran sigui el nivell mitjà de crom, més gran serà el contingut mínim de níquel. Això és similar al cas de la sèrie 200.

L'estructura en dues fases de les notes dúplex les fa inherentment més fortes que les notes austenítiques comunes. El seu contingut de crom lleugerament més alt també els dóna una resistència a la corrosió lleugerament millorada en comparació amb les qualificacions estàndard. Si bé hi ha altres característiques a tenir en compte, les qualificacions dúplex han trobat algunes aplicacions valuoses nínxol.

La reducció del contingut de níquel més - fins i tot a zero - ofereix qualificacions sense austenita en absolut. Tenen una estructura completament ferritica. Ferro i acers suaus també tenen una estructura ferritica a temperatures ambientals.

No totes les qualificacions de ferritic estan completament lliures de níquel. Nickel és conegut per baixar la temperatura de transició dúctil a fràgil (DBTT), és a dir, la temperatura per sota de la qual l'aliatge es torna fràgil. La DBTT també és una funció d'altres factors, com ara la mida del gra i altres addicions d'aliatge. No obstant això, algunes de les qualificacions super ferritiques altament aliades contenen una addició intencionada de níquel per millorar la TDT, especialment de soldadures.

A diferència de les qualificacions austenítiques, les qualificacions marnètiques es poden endurir mitjançant el tractament tèrmic. No obstant això, alguns contenen níquel, que no només millora la duresa, sinó que també permet que l'acer tingui un major contingut de crom, que al seu torn dóna una major resistència a la corrosió. El tractament tèrmic d'enduriment implica escalfar a una certa temperatura i després sufocar el material, seguit d'una operació de temperat.

Finalment, les qualificacions d'enduriment de les precipitacions (PH) també poden desenvolupar una alta resistència a través del tractament tèrmic. Hi ha diverses famílies de graus de doctorat, però tots són que contenen níquel. A diferència de la família martensitica, el tractament tèrmic no implica un pas de saquida.