Kelebihan Nikel

Gambaran keseluruhan keluli tahan karat yang mengandungi nikel

Keluli tahan karat bukan satu bahan; terdapat lima keluarga, yang masing-masing terdiri daripada banyak kelas. Nikel adalah penambahan paduan penting dalam hampir dua pertiga daripada keluli tahan karat yang dihasilkan sekarang.

Kromium adalah elemen paduan utama yang menjadikan keluli tahan karat 'tahan karat'. Lebih daripada 10.5 peratus perlu ditambahkan pada keluli untuk membolehkan filem oksida pelindung terbentuk yang memberikan ketahanan kakisan dan penampilan yang terang dan keperakan. Secara amnya, semakin besar jumlah kromium yang ditambahkan, semakin tinggi rintangan kakisan. Penemuan itu dibuat lebih dari satu abad yang lalu. Beberapa keluli tahan karat awal juga mengandung nikel, menghasilkan sifat yang lebih baik, dan gred yang mengandung nikel telah digunakan sejak itu. Hari ini, walaupun nikel dapat dilihat sebagai penambahan paduan kos yang agak tinggi, sekitar dua pertiga dari jumlah keluli tahan karat yang dihasilkan setiap tahun mengandungi nikel. Apa peranan nikel dan mengapa digunakan secara meluas?

Fungsi utama nikel adalah untuk menstabilkan struktur austenitik keluli pada suhu bilik dan di bawahnya. Struktur austenitik (iaitu kristal kubik berpusat di muka) ini sangat sukar dan mulur. Mereka, dan sifat-sifat lain, bertanggungjawab untuk kegunaan pelbagai keluli tahan karat. Aluminium, tembaga, dan nikel itu sendiri adalah contoh logam yang baik dengan struktur austenit.

Jumlah minimum nikel yang dapat menstabilkan struktur austenitik pada suhu bilik adalah sekitar 8 peratus, itulah sebabnya ia adalah peratusan yang terdapat pada gred keluli tahan karat yang paling banyak digunakan, iaitu Jenis 304. Jenis 304 mengandungi 18 persen kromium dan 8 peratus nikel dan sering disebut sebagai 18/8. Komposisi itu adalah salah satu yang pertama dikembangkan dalam sejarah keluli tahan karat, pada awal abad kedua puluh. Itu digunakan untuk kilang kimia dan untuk melapisi Bangunan Chrysler yang ikonik di New York City, yang siap pada tahun 1929.

Mangan pertama kali digunakan sebagai penambahan keluli tahan karat pada tahun 1930-an. 200-siri nikel rendah, austenitik dikembangkan lebih jauh pada tahun 1950-an, ketika nikel hampir habis. Peningkatan yang lebih baru dalam amalan lebur telah membolehkan penambahan jumlah nitrogen yang terkawal, agen pembentuk austenit yang kuat. Walaupun ini mungkin menunjukkan bahawa semua nikel dapat diganti dengan struktur yang tetap austenitik, namun tidak sesederhana itu; semua nilai austenit tinggi mangan yang tersedia secara komersial hari ini masih mempunyai penambahan nikel yang disengajakan. Banyak juga yang mempunyai kandungan kromium yang berkurang untuk mengekalkan struktur austenit. Walau bagaimanapun, pendekatan ini mengurangkan ketahanan kakisan aloi ini berbanding dengan standard nikel 300 siri.

Oleh kerana jumlah kandungan pembentuk austenit dikurangkan, struktur keluli tahan karat berubah dari 100 peratus austenit menjadi campuran austenit dan ferit (kristal kubik berpusat badan); ini adalah keluli tahan karat dupleks. Nikel terus menstabilkan struktur fasa austenit. Semua nilai dupleks yang penting secara komersial, bahkan 'duplex tanpa lemak', mengandungi 1 persen atau lebih nikel sebagai tambahan yang disengajakan. Sebilangan besar keluli tahan karat dupleks mempunyai kandungan kromium yang lebih tinggi daripada gred austenitik standard; semakin tinggi tahap kromium min, semakin tinggi kandungan nikel minimum. Ini serupa dengan kes siri 200.

Struktur dua fasa gred dupleks menjadikannya secara semula jadi lebih kuat daripada gred austenitik biasa. Kandungan kromium mereka yang sedikit lebih tinggi juga memberikan ketahanan kakisan yang sedikit lebih baik berbanding dengan gred standard. Walaupun terdapat ciri-ciri lain yang perlu dipertimbangkan, nilai dupleks telah menemui beberapa aplikasi khusus yang berharga.

Mengurangkan kandungan nikel lebih jauh - bahkan hingga sifar - memberikan nilai tanpa austenit sama sekali. Ini mempunyai struktur ferritik sepenuhnya. Besi besi dan baja ringan juga mempunyai struktur ferit pada suhu sekitar.

Tidak semua nilai ferit bebas bebas nikel. Nikel diketahui menurunkan suhu peralihan ulet ke rapuh (DBTT), iaitu suhu di bawah aloi menjadi rapuh. DBTT juga merupakan fungsi dari faktor-faktor lain, seperti ukuran butiran dan penambahan paduan lain. Walaupun begitu, beberapa gred super-feritik aloi yang tinggi mengandungi penambahan nikel yang disengajakan untuk meningkatkan DBTT, terutamanya pengelasan.

Tidak seperti gred austenitik, gred martensitik dapat dikeraskan dengan rawatan haba. Namun, ada yang mengandung nikel, yang tidak hanya meningkatkan ketangguhan tetapi juga memungkinkan baja untuk memiliki kandungan kromium yang lebih tinggi, yang pada gilirannya memberikan peningkatan ketahanan terhadap kakisan. Rawatan haba pengerasan melibatkan pemanasan ke suhu tertentu dan kemudian pelindapkejutan bahan, diikuti dengan operasi pembajaan.

Akhirnya, gred pengerasan pemendakan (PH) juga dapat mengembangkan kekuatan tinggi melalui rawatan haba. Terdapat pelbagai keluarga kelas PH, tetapi semuanya mengandungi nikel. Tidak seperti keluarga martensitik, rawatan panas tidak melibatkan langkah pendinginan.