ニッケルの利点

ニッケル含有ステンレス鋼の概要

ステンレス鋼は1つの材料ではありません。5つの家族があり、それぞれが多くの成績で構成されています。ニッケルは、今日生産されたステンレス鋼のほぼ3分の2の重要な合金添加物です。

クロムはステンレス鋼を「ステンレス」にする重要な合金元素です。保護酸化膜が腐食性と明るく銀色の外観を提供するように、鋼に10.5%以上を加える必要があります。一般に、クロム添加量が多いほど、耐食性が高くなる。その発見はちょうど1世紀以上前に行われました。初期のステンレス鋼の一部にはニッケルも含まれており、その結果、特性が向上し、ニッケル含有グレードはそれ以来使用されています。今日では、ニッケルは比較的高コストの合金添加と見なされるかもしれませんが、毎年生産されるステンレス鋼のトン数の約3分の2はニッケルを含んでいます。ニッケルの役割は何か、なぜそれほど広く使われているのですか?

ニッケルの主な機能は、室温以下で鋼のオーステニティック構造を安定させることです。このオーステニティック(すなわち顔中心の立方晶)構造は特に堅く、延性である。それら、および他の特性は、ステンレス鋼の様々なグレードの汎用性を担っています。アルミニウム、銅、ニッケル自体は、オーステニアト構造の金属の良い例です。

室温でオーステニティック構造を安定させることができるニッケルの最小量は約8%であり、ステンレス鋼の最も広く使用されているグレード、すなわちタイプ304に存在する割合である理由です。304型は18%のクロムと8パーセントのニッケルを含み、しばしば18/8と呼ばれる。その組成は、20世紀初頭にステンレス鋼の歴史の中で最初に開発されたものの1つでした。これは、化学プラントのために使用され、1929年に完成したニューヨーク市の象徴的なクライスラービルを覆うために使用されました。

マンガンは1930年代にステンレス鋼に加えて初めて使用されました。200シリーズの低ニッケル、オーステニアグレードは、ニッケルが不足していた1950年代にさらに開発されました。溶融慣行の最近の改善は、窒素の増加量の制御された添加を可能にしました, 強力なオーステネト形成剤.これは、すべてのニッケルがオーステニティック残りの構造に置き換えることができることを示唆しているかもしれませんが、それほど単純ではありません。今日市販されているすべての高マンガンオーステニアグレードは、まだニッケルの意図的な追加を持っています。多くはまた、オーステニティック構造を維持するためにクロム含有量を減少させる。しかし、このアプローチは、標準の300シリーズニッケルグレードと比較して、これらの合金の耐食性を低下させます。

オーステネコンフォーマーの総含有量が減少するにつれて、ステンレス鋼の構造は100%オーステネライトからオーステネとフェライト(体中心の立方晶)の混合物に変化する。これらは二重ステンレス鋼です。ニッケルはオーステニア相の構造を安定させ続ける。商業的に重要なすべてのデュプレックスグレードは、「無駄のない二重」であっても、意図的な追加として1%以上のニッケルが含まれています。ほとんどのデュプレックスステンレス鋼は、標準的なオーステニアグレードよりもクロム含有量が高い。平均クロムレベルが大きいほど、最小ニッケル含有量が大きくなければなりません。これは200シリーズの場合と似ています。

二重等級の二相構造は、一般的なオーステニアグレードよりも本質的に強くなります。クロム含有量がわずかに高いと、標準グレードに比べて耐食性がわずかに向上します。考慮すべき他の特性がありますが、デュプレックスグレードは、いくつかの貴重なニッチアプリケーションを発見しました。

ニッケル含有量をさらにゼロに減らすことで、オーステネートのないグレードが提供されます。これらは完全にフェライト構造を有する。鉄および穏やかな鋼鉄はまた周囲温度でフェライト構造を有する。

すべてのフェライトグレードが完全にニッケルフリーではありません。ニッケルは、延性から脆性への転移温度(DBTT)、すなわち合金が脆くなる温度を下げることが知られている。DBTTは、粒径や他の合金添加物などの他の要因の関数でもあります。それにもかかわらず、高合金の超フェライトグレードの一部は、特に溶接のDBTTを改善するためにニッケルの意図的な添加が含まれています。

オーステニアグレードとは異なり、マルテンシトグレードは熱処理によって硬化させることができます。しかし、一部の製品にはニッケルが含まれており、靭性を向上させるだけでなく、鋼材のクロム含有量を高くし、耐食性を高める。硬化熱処理は、一定の温度に加熱し、その後、焼戻し操作が続いて、材料を焼入れる必要があります。

最後に、降水硬化(PH)グレードも熱処理を通じて高強度を開発することができます。PHグレードの様々なファミリーがありますが、すべてがニッケル含有です。マルテンシティックファミリーとは異なり、熱処理は消火ステップを伴いません。