The Nickel Advantage
Feb 01, 2021
Nickel Advantage är inte begränsad till de attribut det ger till olika material och processer.
Det finns de miljömässiga och socioekonomiska dimensionerna som går utöver de tekniska skälen för att använda eller överväga att använda nickel eller nickelhaltigt material.
Nickel är en investering som gör möjligt många nya och framväxande produkter och processer som är viktiga för att öka miljöeffektiviteten. Nickel gör många andra befintliga produkter och processer mer energieffektiva, hållbara och tuffa.
Värdet av nickel säkerställer att det används effektivt och omfattande återvinnas, medan attributen för nickel-innehållande material stöder till fullo ekoeffektivitet. Det ger betydande bidrag till hållbarhet och hanteras ansvarsfullt genom sin livscykel av nickel värdekedjan, börjar med den primära nickel industrin själv.
Produktion, användning och återvinning av nickel är en ekonomisk verksamhet som ger stöd till samhällen och regeringar. Nickelindustrin tar sitt ansvar för arbetstagare, samhällen, aktieägare och miljö.
Översikt över nickelhaltiga rostfria stål
Rostfritt stål är inte ett enda material; det finns fem familjer, som var och en består av många betyg. Mynt är ett viktigt legera tillägget i nästan two-thirds av det rostfria stålet som produceras i dag.
Krom är nyckellegeringselementet som gör rostfria stål "rostfritt". Mer än 10,5 procent behöver läggas till stål för att den skyddande oxidfilmen ska kunna bildas som ger dess korrosionsbeständighet och det ljusa, silvriga utseendet. I allmänhet, ju större mängden krom som tillsätts, desto högre korrosionsbeständighet. Upptäckten gjordes för drygt ett sekel sedan. Några av de tidiga rostfria stål innehöll också nickel, vilket resulterar i förbättrade egenskaper, och nickel-innehållande kvaliteter har varit i bruk sedan dess. Idag, även om nickel kan ses som en relativt hög kostnad legering tillägg, omkring två tredjedelar av tonnaget av rostfritt stål som produceras varje år innehåller nickel. Vad är nickels roll och varför används det så utförligt?
Nickelets primära funktion är att stabilisera stålets austenitiska struktur vid rumstemperatur och under. Denna austenitiska (dvs. ansiktscentrerat kubikkristall) struktur är särskilt tuff och seg. Dessa, och andra egenskaper, är ansvariga för mångsidigheten hos de olika kvaliteter av rostfritt stål. Aluminium, koppar, och nickel i sig är goda exempel på metaller med austenitiska strukturer.
Den minsta mängden nickel som kan stabilisera den austenitiska strukturen vid rumstemperatur är cirka 8 procent, varför det är den procentuella andelen som finns i den mest använda sorten av rostfritt stål, nämligen typ 304. Typ 304 innehåller 18 procent krom och 8 procent nickel och kallas ofta 18/8. Denna sammansättning var en av de första som utvecklas i historien om rostfritt stål, i början av nittonhundratalet. Det användes för kemiska växter och att klädde den ikoniska Chrysler Building i New York City, som slutfördes 1929.
Mangan användes först som ett tillägg till rostfritt stål på 1930-talet. 200-serien av låg-nickel, austenitiska kvaliteter utvecklades ytterligare under 1950-talet, när nickel var knappa. Nyare förbättringar i smältmetoder har gjort det möjligt att kontrollera tillsats av ökade mängder kväve, en potent austenitbildande medel. Även om detta kan tyda på att alla nickel kan ersättas med strukturen återstående austenitiska, men det är inte så enkelt som det; alla högmangan austenitiska kvaliteter kommersiellt tillgängliga idag fortfarande har en avsiktlig tillägg av nickel. Många har också en reducerad kromhalt för att kunna upprätthålla den austenitiska strukturen. Detta tillvägagångssätt minskar dock korrosionsmotståndet hos dessa legeringar jämfört med standard nickelsorterna i 300-serien.
Eftersom den totala halten av austenit fornas minskas, strukturen av det rostfria stålet ändras från 100 procent austenit till en blandning av austenit och ferrit (kropp-centrerad kubikkristall); dessa är de duplex rostfria stålen. Nickelet fortsätter att stabilisera strukturen i austenitfasen. Alla kommersiellt viktiga duplex kvaliteter, även "lean duplexes", innehåller 1 procent eller mer nickel som ett medvetet tillägg. De flesta duplex rostfria stål har en högre kromhalt än de standard austenitiska kvaliteterna; ju större medelkromnivå, desto större måste minimihalten av nickel vara. Detta liknar fallet för 200-serien.
Den tvåfasiga strukturen hos duplexkvaliteterna gör dem till sin natur starkare än vanliga austenitiska kvaliteter. Deras något högre kromhalt ger dem också något förbättrad korrosionshärdighet jämfört med standardkvaliteter. Medan det finns andra egenskaper att ta hänsyn till, duplex kvaliteter har hittat några värdefulla nisch applikationer.
Att minska nickelhalten ytterligare - även till noll - ger betyg utan austenit alls. Dessa har en helt ferritisk struktur. Järn och milt stål har också en ferritisk struktur vid omgivningstemperaturer.
Alla ferritiska kvaliteter är inte helt nickelfria. Nickel är känt för att sänka den segt till spröda övergångstemperaturen (DBTT), dvs. DBTT är också en funktion av andra faktorer, såsom kornstorlek och andra legeringstillsatsningar. Ändå innehåller några av de höglegerade super-ferritiska kvaliteterna ett avsiktligt tillskott av nickel för att förbättra DBTT, särskilt av svetsar.
Till skillnad från de austenitiska sorterna kan de martensitiska sorterna härdas genom värmebehandling. Vissa innehåller dock nickel, vilket inte bara förbättrar segheten utan också gör det möjligt för stålet att ha en högre kromhalt, vilket i sin tur ger ökad korrosionsbeständighet. Den härdning värmebehandling innebär uppvärmning till en viss temperatur och sedan släcka materialet, följt av en anlöpning operation.
Slutligen kan de nederbördshärdande (PH) kvaliteterna också utveckla hög styrka genom värmebehandling. Det finns olika familjer av PH-betyg, men alla är nickel-innehållande. Till skillnad från den martensitiska familjen värmebehandlingen inte innebär en släckning steg.