Il vantaggio del nichel
Feb 01, 2021
Nickel Advantage non si limita agli attributi che porta a diversi materiali e processi.
Vi sono le dimensioni ambientali e socioeconomiche che vanno al di là dei motivi tecnici per cui si utilizza o si considera l'utilizzo di materiale contenente nichel o nichel.
Il nichel è un investimento che rende possibili molti prodotti e processi nuovi ed emergenti che sono importanti per aumentare l'efficienza ambientale. Il nichel rende molti altri prodotti e processi esistenti più efficienti dal punto di vista energetico, durevoli e resistenti.
Il valore del nichel garantisce che sia utilizzato in modo efficiente ed esteso riciclato, mentre gli attributi dei materiali contenenti nichel supportano pienamente l'eco-efficienza. Apporta contributi significativi alla sostenibilità ed è gestito responsabilmente attraverso il suo ciclo di vita dalla catena del valore del nichel, a partire dalla stessa industria del nichel primario.
La produzione, l'uso e il riciclaggio del nichel è un'attività economica a valore aggiunto che sostiene le comunità e i governi. L'industria del nichel si abbraccia con responsabilità nei confronti dei lavoratori, delle comunità, degli azionisti e dell'ambiente.
Panoramica degli acciai inossidabili contenenti nichel
L'acciaio inossidabile non è un singolo materiale; ci sono cinque famiglie, ognuna delle quali è composta da molti gradi. Il nichel è un'importante aggiunta di lega in quasi due terzi dell'acciaio inossidabile prodotto oggi.
Il cromo è l'elemento chiave della lega che rende gli acciai inossidabili "inossidabili". Oltre il 10,5% deve essere aggiunto all'acciaio per consentire alla pellicola protettiva di ossido di formarsi che fornisce la sua resistenza alla corrosione e l'aspetto luminoso e argenteo. In generale, maggiore è la quantità di cromo aggiunta, maggiore è la resistenza alla corrosione. Quella scoperta è stata fatta poco più di un secolo fa. Alcuni dei primi acciai inossidabili contenevano anche nichel, con conseguente miglioramento delle proprietà, e da allora sono in uso tipi contenenti nichel. Oggi, anche se il nichel può essere visto come un'aggiunta di lega relativamente ad alto costo, circa due terzi del tonnellaggio di acciaio inossidabile prodotto ogni anno contiene nichel. Qual è il ruolo del nichel e perché viene utilizzato in modo così esteso?
La funzione principale del nichel è stabilizzare la struttura austenitica dell'acciaio a temperatura ambiente e inferiore. Questa struttura austenitica (cioè il cristallo cubico centrato sulla faccia) è particolarmente resistente e duttile. Queste e altre proprietà sono responsabili della versatilità dei vari tipi di acciaio inossidabile. L'alluminio, il rame e il nichel stesso sono buoni esempi di metalli con strutture austenitiche.
La quantità minima di nichel in grado di stabilizzare la struttura austenitica a temperatura ambiente è di circa l'8%, motivo per cui è la percentuale presente nel grado più utilizzato di acciaio inossidabile, vale a dire il Tipo 304. Il tipo 304 contiene il 18% di cromo e l'8% di nichel ed è spesso indicato come 18/8. Quella composizione fu una delle prime ad essere sviluppata nella storia dell'acciaio inossidabile, all'inizio del XX secolo. Fu utilizzato per impianti chimici e per vestire l'iconico Chrysler Building di New York City, che fu completato nel 1929.
Il manganese è stato utilizzato per la prima volta come aggiunta all'acciaio inossidabile negli anni '30. La serie 200 di qualità austenitica a basso nichel fu ulteriormente sviluppata durante gli anni '50, quando il nichel era scarso. Miglioramenti più recenti nelle pratiche di fusione hanno permesso l'aggiunta controllata di maggiori quantità di azoto, un potente agente formante di austenite. Mentre questo potrebbe suggerire che tutto il nichel può essere sostituito con la struttura che rimane austenitica, tuttavia non è così semplice; tutti i gradi austenitici ad alto contenuto di manganese attualmente disponibili in commercio hanno ancora un'aggiunta deliberata di nichel. Molti hanno anche un ridotto contenuto di cromo per mantenere la struttura austenitica. Tuttavia, questo approccio riduce la resistenza alla corrosione di queste leghe rispetto ai tipi di nichel standard serie 300.
Con la riduzione del contenuto totale di ex austenite, la struttura dell'acciaio inossidabile passa dall'austenite al 100% a una miscela di austenite e ferrite (cristallo cubico centato sul corpo); questi sono gli acciai inossidabili duplex. Il nichel continua a stabilizzare la struttura della fase di austenite. Tutti i gradi duplex commercialmente importanti, anche i "duplex magri", contengono l'1% o più di nichel come aggiunta deliberata. La maggior parte degli acciai inossidabili duplex ha un contenuto di cromo più elevato rispetto ai gradi austenitici standard; maggiore è il livello medio di cromo, maggiore deve essere il contenuto minimo di nichel. Questo è simile al caso della serie 200.
La struttura in due fasi dei gradi duplex li rende intrinsecamente più forti dei comuni gradi austenitici. Il loro contenuto di cromo leggermente più elevato conferisce loro anche una resistenza alla corrosione leggermente migliorata rispetto ai gradi standard. Mentre ci sono altre caratteristiche da prendere in considerazione, i gradi duplex hanno trovato alcune preziose applicazioni di nicchia.
Ridurre ulteriormente il contenuto di nichel - anche a zero - offre gradi senza austenite. Questi hanno una struttura completamente ferritica. Anche gli acciai ferrosi e miti hanno una struttura ferritica a temperatura ambiente.
Non tutti i gradi ferritici sono completamente senza nichel. Il nichel è noto per abbassare la temperatura di transizione da duttile a fragile (DBTT), cioè la temperatura al di sotto della quale la lega diventa fragile. Il DBTT è anche una funzione di altri fattori, come la granulometria e altre aggiunte di lega. Tuttavia, alcuni dei gradi super ferritici altamente legati contengono un'aggiunta intenzionale di nichel per migliorare il DBTT, specialmente delle saldature.
A differenza dei gradi austenitici, i gradi martensitici possono essere induriti dal trattamento termico. Tuttavia, alcuni contengono nichel, che non solo migliora la tenacità, ma consente anche all'acciaio di avere un contenuto di cromo più elevato, che a sua volta conferisce una maggiore resistenza alla corrosione. Il trattamento termico di indurimento comporta il riscaldamento a una certa temperatura e quindi la tempra del materiale, seguita da un'operazione di rinvenimento.
Infine, i gradi di indurimento delle precipitazioni (PH) possono anche sviluppare un'elevata resistenza attraverso il trattamento termico. Ci sono varie famiglie di gradi PH, ma tutte sono contenenti nichel. A differenza della famiglia martensitica, il trattamento termico non comporta una fase di tempra.
