اهمیت نیکل در صنعت استنلس استیل
اهمیت نیکل در صنعت استنلس استیل
امروزه تولیدات و محصولات ساخته شده از استنلس استیل بخش قابل‌توجهی از زندگی روزمره ما را به خودش اختصاص داده است. استیل یا همان فولاد ضدزنگ، آلیاژی بر پایه آهن است که از عناصر مختلف تولید شده است.
یکی از مهم‌ترین عناصری که در ساخت استیل مورد استفاده قرار می‌گیرد، عنصر نیکل است. این عنصر سفید و درخشان که اولین بار در سال 1700 کشف شد، امروزه در فرایند ساخت استیل نقش حیاتی پیدا کرده است.
آشنایی با فلز نیکل
نیکل یک فلز واسطه با عدد اتمی 28 است که در ردیف چهارم جدول تناوبی قرار گرفته است. این عنصر، یک ماده مغذی برای بدن انسان نیز به شمار می‌رود اما دُز بیش از اندازه آن می‌تواند کشنده باشد.
انسان با تنفس هوای آلوده و یا نوشیدن آب با نیکل زیاد و یا حتی با مصرف سیگار می‌تواند میزان این عنصر را در بدن خود افزایش دهد. نیکل دارای رنگ سفید مایل به نقره‌ای بوده و از مهم‌ترین خواص آن می‌توان به سخت بودن، چکش‌خوار بودن و انعطاف‌پذیر بودن آن اشاره کرد.
نیکل همچنین رسانی خوبی برای گرما و الکتریسیته به شمار می‌رود. این عنصر مهم، یکم عنصر دو ظرفیتی است؛ به بیان دیگر ظرفیت آن 2 است.
نیکل می‌تواند به‌آرامی در اسیدهای رقیق حل شود. نقطه ذوب آن 1453 درجه و نقطه‌جوش آن نیز 2913 درجه سانتی‌گراد است. اما آن چه که این فلز را تا به این اندازه محبوب کرده است، نقش حیاتی آن در ساخت استیل و یا فولاد ضدزنگ است.
اهمیت نیکل در استیل به‌قدری بالا می‌باشد که بدون آن، تولید بسیاری از آلیاژهای فولاد ضدزنگ امکان‌پذیر نخواهد بود.
نیکل فلزی نقره‌ای و درخشان با خاصیت چکش‌پذیری مناسب است
استیل و یا فولاد ضدزنگ یک فلز آلیاژی است که از ترکیب عناصر مختلفی تولید می‌شود. یکی از عناصر آلیاژی بسیار مهم در استنلس استیل، نیکل است. برای درک هرچه بهتر این موضوع باید بدانید که نیکل در تقریباً دو سوم فولادهای ضدزنگ تولید شده امروزی، مورداستفاده قرار می‌گیرد.
باید به‌صراحت اشاره کرد که کروم عنصر کلیدی است که استیل را به فولاد “ضدزنگ” بدل کرده است؛ زیرا حضور این ماده از زنگ زدن فولاد جلوگیری می‌کند.
حال شاید تا حدودی اهمیت نیکل در استیل را متوجه شده باشید. برای قرار گرفتن آلیاژ فولادی در طبقه‌بتدی فولادهای ضدزنگ، باید بیش از 10.5 درصد کروم به فولاد اضافه شود تا یک‌لایه اکسید محافظ بر روی این فلز تشکیل شود. این لایه مقاومت استیل را در برابر خوردگی افزایش داده و ظاهری درخشان و نقره‌ای به آن می‌بخشد.
از طرف دیگر و برای تکمیل این خاصیت، هر چه میزان نیکل به‌کاررفته در استیل افزایش پیدا کند، مقاومت نهایی آن به انواع خوردگی نیز بالاتر خواهد رفت. این کشفی بود که محققان تقریباً یک قرن پیش به آن دست پیدا کردند.
چرا از نیکل در تولید استیل استفاده می‌شود؟
اهمیت نیکل در استیل به این جهت است که می‌تواند باعث تثبیت ساختار آستنیتی فولاد در دمای اتاق و پایین‌تر شود. این ساختار آستنیتی (کریستال مکعبی متمرکز) سخت و انعطاف‌پذیر است. در واقع همین امر می‌تواند بر روی خواص، تطبیق‌پذیری و تولید استیل در صنعت تأثیرگذار باشد.
حداقل نیکلی که می‌تواند ساختار آستنیتی را در دمای اتاق تثبیت کند، حدود 8 درصد است؛ به همین دلیل این درصد، درصدی است که در پرکاربردترین گرید فولاد ضدزنگ، یعنی استیل 304 وجود دارد.
آلیاژ 304 با محتوای 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل می‌باشد. همچنین باید اشاره کرد استیل 316 نیز در ترکیبات خود، حدود 11 درصد نیکل دارد. جالب است بدانید که اهمیت نیکل در استیل به‌قدری بوده که گریدهای حاوی نیکل، 75 درصد از کل تولید فولاد ضدزنگ را به خودشان اختصاص داده‌اند.
دلایل اهمیت نیکل در استیل
1- شکل‌پذیری
اضافه‌کردن نیکل می‌تواند باعث افزایش پایداری آستنیت شده و تمایل به سخت شدن را کاهش دهد؛ ازاین‌رو بر خلاف گریدهای سنتی با منگنز زیاد و نیکل کم، گریدهای جدیدتر مستعد ترک‌خوردگی نخواهند بود.
شکل‌پذیری خود یکی از دلایل اهمیت نیکل در استیل است که باعث شده گریدهای سری 300 برای تولید اقلامی مانند سینک ظرف‌شویی، قابلمه و … مناسب باشند.
2- قابلیت جوشکاری
به‌صورت کلی، گریدهای آستنیتی نیکل قابلیت جوشکاری بالاتری نسبت به سایر گریدها دارند. آن‌ها در دمای بالا مستعد شکسته‌شدن نبوده و قابلیت جوشکاری مناسبی را در اختیار صنعتگران قرار می‌دهند.
3- سختی
فولادهای ضدزنگ آستنیتی دارای سختی و چقرمگی بسیار مناسبی را حتی در دماهای پایین دارند؛ ازاین‌رو می‌تواند از گریدهای 304 به‌صورت گسترده برای استفاده در صنایع بسیار زیادی نیز استفاده کرد.
4- مقاوم حرارتی
اضافه‌کردن نیکل می‌تواند استحکام قابل‌توجهی در دمای بالا به استیل دهد. در این حالت استیل کمتر مستعد تشکیل فازهای مضر در نتیجه قرارگرفتن در معرض دماهای متوسط و بالا است.
نیکل باعث افزایش پایداری لایه اکسید محافظت شده و از پوسته‌پوسته شدن آن در طول چرخه‌های حرارتی جلوگیری می‌کن؛ ازاین‌رو استیل‌های ضدزنگ با نیکل، در برابر آتش‌سوزی و حرارت بسیار مقاوم هستند.
5- مقاومت در برابر خوردگی
یکی از اصلی‌ترین دلایل اهمیت نیکل در استیل، بالابردن مقاومت آن در برابر خوردگی است. به کمک نیکل می‌توان یک‌لایه محافظ قدرتمند بر روی استیل ایجاد کرد تا از خورده شدن آن جلوگیری به عمل‌آورده شود.
استیل‌هایی که دارای نیکل در ترکیبات خود هستند، در برابر خوردگی‌های موضعی، خوردگی‌های ترک تنشی و همچنین خوردگی در برابر اسیدها و کلریدها مقاوم هستند.
نیکل می‌تواند به‌سادگی مقاومت استیل را در برابر اسیدهای احیاکننده مانند اسیدسولفوریک نیز افزایش دهد.
6- بالابردن عمر مفید
جلوگیری از خوردگی، افزایش مقاومت، استحکام حرارتی و … همگی باعث می‌شوند که استیل در برابر شرایط محیطی مقاومت بالاتری پیدا کند؛ ازاین‌رو طول عمر تجهیزات و قطعاتی که از استیل ساخته می‌شوند بیشتر شده و می‌توان از آن‌ها در بازه‌های زمانی طولانی‌تری استفاده کرد.
.