فولادهای حاوی نیکل سری‌های ۲۳xx و ۲۵xx یا Nickel steels ۲۳xx, 25xx series گروهی از فولادهای کم آلیاژی دارای نیکل هستند که چقرمگی بالایی در دماهای پایین دارند.

Nickel steels 23xx, 25xx series

فولادهای کربن متوسط در محیط‌های دما پایین، استحکام بالاتر اما ازدیاد طول و چقرمگی کمتری دارند؛ بنابراین احتمال شکست ترد در آن‌ها افزایش می‌یابد. اگر بخواهیم فولادی با خواص مطلوب در محیط‌های دما پایین داشته باشیم، داشتن چقرمگی بالا در این دما ضروری است. فولادهای مناسب برای این هدف، فولادهای دما پایین یا فولادهای حاوی نیکل نامیده می‌شوند. نیکل، چقرمگی فولاد را در دمای پایین افزایش می‌دهد. همچنین می‌تواند زمینه فریت را مستحکم کرده و دمای Ar_۳ (سومین دمای انتقال) را کاهش دهد؛ این کار به تشکیل ذرات ریز کمک می‌کند. در طی فرآیند تولید فولادهای کم آلیاژ دما پایین، علاوه بر عملیات نرماله کردن، کوئنچ و تمپر کردن در بهبود خواص مکانیکی نقش دارند[۱].

اثر نیکل در فولاد

حلالیت عنصر نیکل در فاز آستنیت، نامحدود و در فاز فریت حدود ۱۰ درصد است. این عنصر در صورت حل شدن در فاز فریت، سختی و چقرمگی خوبی در آن ایجاد می‌کند. نیکل همچنین آستنیت را در درصدهای کربن بالاتر پایدار می‌کند و اثر متوسطی بر افزایش سختی پذیری آن دارد. سه اثر اصلی نیکل بر فولاد شامل موارد زیر است. ۱- افزایش مقاومت فولاد آب نداده و یا بازپخت شده، ۲- افزایش چقرمگی در فولادهای پرلیت- فریتی مخصوصا در دمای پایین و ۳- آستنیتی کردن ساختار فولادهایی با کروم بالا[۲]. فولادهای HY-130 گروهی از این فولادها هستند. این فولادها از تاثیر مقدار نیکل در کاهش دمای انتقال ضربه استفاده کرده و از این طریق، چقرمگی را در دماهای پایین بهبود می‌بخشند[۳].

انواع فولادهای حاوی نیکل

انواع فولادهای حاوی نیکل که برای کاربردهای دما پایین قابل استفاده هستند عبارتند از HY-130، ASTM A 203 A، ASTM A203 B، ASTM A 203 C، ASTM A 203 D، ASTM A 645، ASTM A 353، ASTM A 553 (1) و ASTM A 553 (2)[3].

خواص فولادهای حاوی نیکل ترکیب شیمیایی انواع فولادهای حاوی نیکل در جدول زیر ارائه شده است[۳].

خواص مکانیکی فولادهای حاوی نیکل

خواص مکانیکی فولادهای حاوی نیکل شامل ۵ و ۹ درصد نیکل در دمای اتاق و در دماهای زیر صفر در جدول زیر ارائه شده است (در طی یک آزمون). استحکام کششی و استحکام تسلیم با کاهش دما، افزایش می‌یابد. در کمترین دمای آزمون، این فولادها همچنان انعطاف‌پذیر (داکتیل) باقی می‌مانند. نتایج این آزمون‌ها نشان داد که فولاد نیکل ۵ درصد چقرمگی شکست بالا را تا دمای ۱۶۲- درجه سانتی گراد و فولاد نیکل ۹ درصد چقرمگی شکست بالا را تا دمای ۱۹۶- درجه سانتی گراد حفظ می‌کند. این دماها تخمینی از حداقل دماهایی است که می‌توان در آن‌ها از فولاد استفاده کرد[۳].

شکل زیر نسبت استحکام ضربه بر حسب دما را برای نمونه‌های طولی ۲۵ میلی متری از فولاد حاوی نیکل HY-130 نشان می‌د‌هد[۳].

مقاومت ضربه شارپی (شکاف V شکل) فولاد کم آلیاژ حاوی ۵ درصد نیکل در دماهای مختلف. نمونه‌های طولی ۲۵ میلی متری از صفحات فولاد HY-130[3].

ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و حرارتی فولاد ۲۳۳۰ در جداول زیر ارائه شده است[۴].

کاربرد فولادهای حاوی نیکل

فولادهای حاوی نیکل فریتی با محتوی بالایی از نیکل معمولا برای کاربردهایی که در معرض دمای صفر تا ۱۹۵- درجه سانتی گراد قرار دارند، بکار می‌روند. این فولادها در مخازن ذخیره سازی گازهای هیدروکربنی مایع، سازه‌ها و ماشین آلات طراحی شده برای استفاده در مناطق سردسیر کاربرد دارند[۳]. فولادهای حاوی نیکل، بدلیل وجود عنصر نیکل، چقرمگی بالایی در کاربردهای دما پایین دارند . محدوده دمایی کاری این فولادها بین صفر تا ۱۹۵- درجه سانتی گراد است.

منابع

[۱]         M. G. Review, “Low Alloy Steels,” pp. 5–۶.

[۲]      کاویانی‌نژاد، فریدون, انتخاب مواد و طراحی برای مهندسین مواد- مکانیک- شیمی. موسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی.

[۳]         Volume 1 Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys. .

[۴]         “https://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/list_alloy.cfm?m=ais&Page_Title=AISI%202xxx&ID_Low=AISI_2.” .