نقش نیکل در فولاد ضد زنگ برای کاربردهای سازه‌ای

 

نقش نیکل در فولاد ضد زنگ بسیار پررنگ و تاثیرگذار است. به طوری که نیکل به یکی از عناصر اصلی در ساختار فولادهای ضد زنگ بدل شده است و تقریبا در اکثر گریدهای استنلس استیل استفاده می‌شود. میزان مصرف نیکل در فولادهای ضد زنگ به حدی زیاد است که امروزه حدود65 تا 70 درصد نیکل تولید شده در جهان در صنایع فولاد سازی استفاده می‌شود.

اصلی‌ترین دلیل استفاده‌ از نیکل در ساختار فولاد، بالارفتن استحکام، چقرمگی و شکل پذیری فولاد است. همچنین نیکل باعث مقاوم‌تر شدن فولاد در برابر اسیدهای خورنده می‌شود و کاربرد فولاد را در محیط‌های خاص بیشتر می‌کند. نقش نیکل در ساخت فولادهای ضد زنگ، انکار ناپذیر است و تمایل به استقاده از نیکل در فولادهای ضد زنگ رو به افزایش است.

در این مطلب ابتدا به اهمیت نقش فولادها در صنعت می‌پردازیم و اینکه چرا آلیاژهای متنوع فولادی تا این حد برای مهندسان و طراحان محبوب هستند. در ادامه به نقش نیکل در آلیاژهای فولادی پرداخته و در نهایت به کاربرد آلیاژهای حاوی نیکل در حوزه ساخت و ساز و نقش نیکل در فلز سازه ای خواهیم پرداخت. پس اگر این موضوع برای شما جالب است تا انتهای مطلب ما را همراهی بفرمایید.

کاربرد نیکل در صنعت استنلس استیل

نقش فولاد ضدزنگ در صنعت:

از زمانی که فولاد ضد زنگ اختراع شد بیشتر از صد سال می‌گذرد. از همان ابتدا این فولادها در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گرفتند. فولادهای ضد زنگ از جمله آلیاژهای پرکاربرد در صنعت هستند. مقاومت به خوردگی، استحکام بالا، قابلیت بازیافت و چقرمگی خوب همه از جمله مواردی هستند که معماران و طراحان را به سمت استفاده از استنلس استیل سوق می‌دهد.

همچنین فولادهای ضد زنگ نقش بسیار مهمی در ساخت و ساز دارند (بیشتر بخوانید-نقش فولادهای ضد زنگ در ساخت وساز). به غیر از استفاده این فولادها در محیط‌های معمولی، فولادهای ضد زنگ برای محیط‌های حساس و پرچالش نیز انتخاب بسیار مناسبی هستند که از آن جمله می‌توان به تاسیسات صنعتی و سازه‌های فلزی در مناطق ساحلی اشاره کرد. علت استفاده از فولادهای ضد زنگ در مناطق ساحلی، طول عمر این قطعات در مجاورت رطوبت زیاد است. با استفاده از استنلس استیل در این مناطق نیاز به تعمیر و یا تعویض قطعات تا حد بسیار زیادی کاهش می‌یابد.

یکی دیگر از مهم‌ترین کاربردهای فولاد ضد زنگ در ساخت سازه‌هایی است که نیاز به مقاومت در برابر بارهای متناوب و لرزه‌ای دارند. مانند پل‌ها و تونل‌ها. این سازه‌ها که تحت بارهای تناوبی و لرزه‌ای می‌باشند، باید بتوانند بارهایی در جهات مختلف را تحمل کنند. فولاد ضد زنگ یکی از گزینه‌های مناسب برای استفاده در این سازه‌هاست.

در ادامه نقش نیکل در فولادهای ضد زنگ را بررسی می‌کنیم و موارد استفاده از آن را شرح می‌دهیم. ابندا لازم ایت با این عنصر فلزی بیشتر آشنا شویم.

نیکل در تولید استیل نقش اساسی دارد

نیکل چیست؟

نیکل فلزی مقاوم، چکش خوار و براق است. وزن اتمی نیکل حدود 59 و دمای ذوب آن 1435 درجه سانتی‌گراد است. معمولا برای استفاده از نیکل در ساختار فولاد ضد رنگ، آن را به همراه کروم به فولاد اضافه می‌کنند تا خواص مطلوبی از فولاد مورد نظر به دست آورند.

علت استفاده از نیکل و کروم در فولادهای ضد زنگ این است که کروم باعث افزایش فاز فزیت در آلیاژ می‌شود. فاز فریت فازی نرم است و باعث کاهش استحکام و افزایش شکل پذیری فولاد می‌شود. ولی با افزودن نیکل به ساختار فولاد، فاز آستنیت افزایش می‌یابد و افزایش فاز استنیت باعث افزایش استحکام فولاد می‌شود.

چرا به فولاد ضد زنگ نیکل اضافه می‌کنند؟

دلیل اصلی افزودن نیکل به فولاد ضد زنگ، تشکیل ساختار آستنیتی در فولاد است. نیکل شکل پذیری فولاد را افزایش می‌دهد. هچنین باعث کمتر شدن سرعت خوردگی در فولاد می‌شود. با کمتر شدن سرعت خوردگی در فولاد می‌توان عمر قطعاتی که در محیط‌های خورنده هستند را تا حد زیادی افزایش داد. ازین رو فولادهایی که حاوی مقادیری از نیکل هستند می‌توانند نیازهای صنعت در محیط‌های خورنده را برطرف کنند. افزایش طول عمر قطعات مورد استفاده و همچنین نیاز کمتر به تعویض و تعمیرات آنها، استفاده از نیکل در فولاد را بسیار معقول‌تر کرده است.

یکی دیگر از نقش‌های اساسی نیکل در فولاد ضد زنگ، افزایش چقرمگی شکست در دمای پایین است. چقرمگی به میزان انرژی جذب شده تا قبل از شکستن فولاد گفته می‌شود. لازم به ذکر است که در دماهای پایین‌تر، قطعات ترد‌تر شده و اگر تحت بارهای شدید در دمای بسیار پایین قرار بگیرند، احتمال شکستن قطعات به صورت ترد بسیار زیاد می‌شود. در کاربردهای دما پایین و هنگامی که فولاد نیاز به چقرمگی بالا دارد، تا بیش از 9 درصد وزنی نیکل به آلیاژ اضافه می‌کنند تا این فولاد در برابر تنش‌ها در دمای کم مقاوم شود.

در اکثر سازه‌هایی که از استنلس استیل‌ها استفاده می‌شود، از فولادهای ضد زنگ آستنیتی یا داپلکس استفاده می‌کنند. فولادهای ضد زنگ آستنیتی به فولادهایی گفته می‌شوند که در ساختار زمینه خود، فاز آستنیت پایدار است. فولادهای ضد زنگ آستنیتی مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی، خواص شکل پذیری بسیار مطلوب و استحکام حدود 220 مگاپاسکال دارند. دراین فولادها حدود 10 درصد وزنی نیکل استفاده می‌شود.

گرید‌های فولاد آستنیتی حاوی نیکل و کروم مانند304/304L  ، برای استفاده در مکان‌های شهری و یا صنعتی کاربرد بسیاری دارند. این آلیاژ فولاد ضد زنگ را میتوان پُرگاربردترین و رایج‌ترین نوع استنلس استیل دانست. از این فولادها در ساخت لوازم خانگی مانند سینک ظرفشویی، فریز، نرده‌ها و یا حتی در قطعات صنعتی مانند مخازن انتقال مواد شیمیایی استفاده می‌شود. این گرید از فولادهای ضد زنگ که حاوی نیکل در ساختار خود است، یکی از شناخته شده‌ترین گریدهای فولاد ضد زنگ می‌باشد. یکی دیگر از معروف‌ترین فولادهای ضد زنگ آستنیتی فولاد 316 می‌باشد.

نیکل مقاومت استیل به خوردگی در محیط دریایی را افزایش می‌دهد

نقش نیکل در فولادهای ضد زنگ برای ساخت لوله‌های انتقال نفت و گاز در محیط‌های دریایی بسیار قابل توجه است. گریدهایی از فولادهای ضد زنگ استنیتی مثل 316 شامل کروم، نیکل و مولیبدن هستند که علاوه بر مقاومت به خوردگی معمولی به خوردگی کلریدی نیز مقاوم هستند. همچنین انواع دیگری از فولادهای ضد زنگ با ساختار ترکیبی هستند که به آنها فولادهای داپلکس می‌گویند. فولادهای داپلکس در تولید لوله‌های بدون‌دزر یا مانسمان کاربرد بسیار زیادی دارند. علت شهرت این فولادها به فولاد داپلکس، برخورداری از فاز آستنیت و فریت در کنار یکدیگر است. فاز آستنیت وظیفه استحکام بخشی به فولاد را دارد و فاز فریت نیزباعث کارپذیری خوب این آلیاژها می‌شود.

نقش نیکل در فولادها بسیار زیاد است؛ به گونه‌ای که در برخی از گریدهای داپلکس، بیشتر از 20 درصد نیکل استفاده می‌شود. این فولادها در مکان‌های دریایی و صنعتی دوام بسیار خوبی دارند و بسیار مورد توجه طراحان و مهندسان هستند. فولادهای ضد زنگ داپلکس استحکام بالایی در حدود 450 مگاپاسکال دارند. همچنین مقاومت بسیار خوبی در برابر سایش و ترک خوردگی‌های ناشی از استرس دارند.

نقش نیکل در کاربردهای دما بالای فولاد

با افزودن نیکل به ساختار فولاد و ایجاد فاز آستنیتی در ساختار، می‌توان خواص حرارتی بسیار متفاوتی با فولادهای کربنی ایجاد کرد. ضریب انبساط حرارتی فولادهای زنگ نزن آستنیتی حدود 30 درصد بیشتر از فولادهای ساده کربنی است. این ویژگی می‌تواند نکته بسیار مناسبی در سازه‌های صنعتی باشد.

فولادهای زنگ نزن آستنیتی در دماهای بالاتر از 550 درجه سانتی‌گراد نسبت به فولادهای ساده کربنی استحکام بسیار بیشتری دارند و می‌توانند استحکام خود را در دماهای بالاتر حفط کنند. این حفظ استحکام در دمای بالا،  می‌تواند ظرفیت ستون‌های فولادی ضد زنگ در حفظ وزن را بالاتر ببرد و این یک مزیت در برابر فولادهای ساده کربنی است.

نیکل در کاربردهای استیل در دمای بالا و پایین نقش دارد

نقش نیکل در کاربردهای دما پایین (برودتی) فولاد

همانطور که گفته شد یکی دیگر از وظایف نیکل در ساختار فولادهای زنگ نزن، گسترش کاربرد این فولاد در دمای پایین است. نیکل می‌تواند دمای تبدیل تُردی به نرمی فولاد را کاهش دهد. دمای تبدیل تردی به نرمی، دمایی است که فولاد در دمای کمتر از آن رفتاری متفات در برابر تنش‌های اعمالی نشان می‌دهد.

در کمتر از این دما، فولاد مانند سرامیک‌ها ترد می‌شود و به اعمال تنش برشی به راحتی می‌شکند. مهندسان و طراحان باید این دما را تا حد ممکن کمتر کنند تا گستره دمایی، دمای کاری فولادها را افزایش دهند. برای دستیابی به این منظور از نیکل در ساختار آلیاژ استفاده می‌شود.

نقش نیکل در پایداری فولادهای ضد زنگ

با افزودن نیکل به فولاد ضد زنگ و آستنیتی شدن زمینه، هزینه تولید آنها به نسبت فولادهای ساده کربنی بیشتر می‌شود. با صرفه جویی در هزینه‌های پوشش‌های مقاوم به خوردگی، کاهش دفعات بازرسی، کاهش هزینه تعمیرات و موارد این چنینی، استفاده از نیکل در ساختار فولادهای ضد زنگ توجیه‌پذیر شده و اقتصادی‌تر به نظر می‌رسد. از طرفی عمر طولانی قطعات ساخته شده، مانند پل‌ها که به طور معمول باید بین 70 تا 100 سال دوام داشته باشند، یکی دیگر از مزیت‌های استفاده از این گریدهای فولادی است.

نتیجه گیری

نقش نیکل در ساخت فولادها وآلیاژهایی که در ساخت سازه‌های حساس و مهم به کار می‌روند بسیار زیاد است. این فولادها می‌توانند در صنایع مختلفی کاربرد داشته باشند. در ساخت لوازم خانه و آشپرخانه، ساختمان‌ها و منازل و یا حتی محیط‌های حساس صنعتی، از این فولادها استفاده می‌شود. همچنین مقاومت این فولادها در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین، آنها را به گزینه بسیار مناسبی برای مهندسان و طراحان بدل کرده است. این فولادها هم از کیفیت و ظاهری جذاب برخوردارند و هم استحکام و مقاومت بسیار خوبی در برابر محیط‌های خورنده دارند.

اگر در زمینه ساخت وساز و یا در صنعتی فعال هستید که استنلس استیل می‌تواند نیاز شما را از جنبه‌های مختلف مرتفع نماید، برای تامین اقلام استیل با مجموعه استیل رخ در ارتباط باشید. استیل رخ از تامین کنندگان با سابقه ورق استیل، لوله استیل و انواع پروفیل و مقاطع مختلف استیل است. همچنین این مجموعه در زمینه تامین اتصالات صنعتی و دکوراتیو استیل فعالیت می‌کند و امکان ارائه خدمات فلزی در این حوزه را نیز دارد. برای آشنایی بیشتر، پیشنهاد می‌کنیم که از وب‌سایت استیل رخ بازدید بفرمایید و برای مشاوره با کارشناسان ما در تماس و ارتباط باشید.