Основная роль никеля в нержавеющей стали заключается в том, что он изменяет кристаллическую структуру стали. Одной из основных причин добавления никеля в нержавеющую сталь является образование аустенитной кристаллической структуры, которая улучшает свойства нержавеющей стали, такие как пластичность, свариваемость и ударная вязкость, поэтому никель известен как аустенитовый преобразователь. Кристаллическая структура обычной углеродистой стали называется ферритом, который представляет собой кубическую структуру, ориентированную на тело (BCC), а никель добавляется для продвижения кристаллической структуры от кубической структуры, ориентированной на тело (BCC), к лицецентрированной кубической (FCC) структуре, которая называется аустенитом. Однако никель не является редким элементом с такими свойствами. Распространенными аустенит-образующими элементами являются: никель, углерод, азот, марганец и медь. Относительная важность этих элементов в формировании аустенита имеет важное значение для прогнозирования кристаллической структуры нержавеющих сталей. В настоящее время разработано множество формул, выражающих относительную важность аустенитобразующих элементов. Наиболее известной из них является следующая формула: Аустенитообразующая способность =Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%
Из этого уравнения видно, что углерод является сильным аустенитобразующим элементом с 30-кратной способностью образовывать аустенит, чем никель, но его нельзя добавлять к коррозионностойкой нержавеющей стали, поскольку после сварки он может вызывать сенсибилизированную коррозию и последующие проблемы межкристаллитной коррозии. Азот также в 30 раз более способен образовывать аустенит, чем никель, но это газ, и только ограниченное количество азота может быть добавлено в нержавеющую сталь, не вызывая проблем с пористостью. Добавление марганца и меди может вызвать проблемы с уменьшением срока службы огнеупоров и сваркой в процессе выплавки стали.
Как вы можете видеть из уравнения никеля, добавление марганца не очень эффективно в образовании аустенита, но добавление марганца позволяет большему количеству азота, который является очень сильным аустенитовым преобразователем, растворяться в нержавеющей стали. В нержавеющей стали серии 200 достаточно марганца и азота, чтобы заменить никель, чтобы сформировать 100% аустенитную структуру. Чем ниже содержание никеля, тем выше количество марганца и азота, которые необходимо добавить. Например, нержавеющая сталь Type 201 содержит только 4,5% никеля и 0,25% азота. Из уравнения никеля эти азоты эквивалентны 7,5% никеля по своей способности образовывать аустенит, поэтому также может быть сформирована 100% структура аустенита. Это также принцип формирования нержавеющей стали серии 200. В некоторых нержавеющих сталях серии 200, которые не соответствуют стандарту, из-за невозможности добавить достаточное количество марганца и азота, чтобы сформировать 100% аустенитную структуру, количество добавленного хрома искусственно уменьшается, что неизбежно приведет к снижению коррозионной стойкости нержавеющей стали. .
В нержавеющей стали одновременно действуют две противоположные силы: ферритообразующие элементы продолжают образовывать феррит, а аустенитообразующие элементы продолжают образовывать аустенит. Окончательная кристаллическая структура зависит от относительных количеств двух типов добавленных элементов. Хром является ферритообразующим элементом, поэтому хром находится в конкурентных отношениях с аустенит-образующими элементами при формировании кристаллической структуры нержавеющей стали. Поскольку железо и хром являются ферритообразующими элементами, нержавеющие стали серии 400 являются полностью ферритными нержавеющими сталями, которые являются магнитными. В процессе добавления аустенит-образующего элемента-никеля к железо-хромовой нержавеющей стали, по мере увеличения содержания никеля, образующийся аустенит будет постепенно увеличиваться до тех пор, пока вся ферритовая структура не превратится в аустенитовую структуру, образуя таким образом нержавеющую сталь серии 300. Если добавить только половину количества никеля, образуется 50% феррита и 50% аустенита, структура, известная как дуплексная нержавеющая сталь.
Нержавеющая сталь серии 400 представляет собой железоуглерод-хромовый сплав. Эта нержавеющая сталь имеет мартенситную структуру и железо, поэтому обладает нормальными магнитными свойствами. Нержавеющая сталь серии 400 обладает сильной устойчивостью к высокотемпературному окислению, и по сравнению с углеродистой сталью ее физико-механические свойства дополнительно улучшаются. Большинство нержавеющих сталей серии 400 могут подвергаться термической обработке.
Нержавеющая сталь серии 300 представляет собой легированный материал, содержащий железо, углерод, никель и хром, немагнитный материал из нержавеющей стали, который обладает лучшими податливыми свойствами, чем нержавеющая сталь серии 400. Благодаря аустенитной структуре нержавеющей стали серии 300, она обладает сильной коррозионной стойкостью во многих средах, хорошей устойчивостью к разрушению, вызванному коррозией, вызванной перенапряжением металла, и его свойства материала не зависят от термической обработки. Влияние.