Que impacto o elemento níquel tem em tubos de aço inoxidável?

O níquel é o principal elemento de ligação no aço inoxidável austenítico. Sua principal função é estabilizar a austenita, permitindo que o aço obtenha uma estrutura austenítica totalmente, conferindo ao aço excelentes combinações de resistência, plasticidade e tenacidade, bem como excelentes propriedades de processamento a frio e a quente, propriedades de conformação a frio, soldabilidade, resistência a baixas temperaturas e não-magneticidade, e melhorando a estabilidade termodinâmica do aço inoxidável austenítico, tornando-o não apenas mais resistente à corrosão e a meios oxidantes do que os aços inoxidáveis ferríticos, martensíticos e outros tipos com o mesmo teor de cromo e molibdênio, mas também aumentando a estabilidade da película superficial, tornando o aço ainda mais resistente a alguns meios redutores. 

1. A influência do níquel na estrutura

O níquel é um elemento que fortemente estabiliza a austenita e expande a região da fase austenítica. Para obter uma estrutura austenítica única, a quantidade mínima de níquel necessária quando o aço contém 0,1% de carbono e 18% de cromo é de aproximadamente 8%. Essa é a composição básica do mais famoso aço inoxidável austenítico cromo-níquel 18-8. No aço inoxidável austenítico, à medida que o teor de níquel aumenta, a ferrita residual pode ser completamente eliminada e a tendência de formação da fase σ é significativamente reduzida; ao mesmo tempo, a temperatura de transformação da martensita diminui e, até mesmo, a transformação de fase λ→M pode não ocorrer. No entanto, um aumento no teor de níquel reduz a solubilidade do carbono no aço inoxidável austenítico, aumentando assim a tendência de precipitação de carbeto. 

2. A influência do níquel no desempenho

A influência do níquel nas propriedades mecânicas do aço inoxidável austenítico, especialmente do aço inoxidável austenítico de cromo-níquel. Isso é principalmente determinado pelo efeito do níquel na estabilidade da austenita. No intervalo de teor de níquel em que a transformação martensítica pode ocorrer no aço, à medida que o teor de níquel aumenta, a resistência do aço diminui enquanto a plasticidade aumenta. A tenacidade (incluindo a tenacidade a temperaturas extremamente baixas) do aço inoxidável austenítico de cromo-níquel com estrutura de austenita estável é muito excelente, e portanto pode ser usado como aço a baixa temperatura. Isso é bem conhecido. Para o aço inoxidável austenítico de cromo-manganês com estrutura de austenita estável, a adição de níquel pode melhorar ainda mais sua tenacidade. O níquel também pode reduzir significativamente a tendência de endurecimento por trabalho a frio do aço inoxidável austenítico, principalmente devido ao aumento da estabilidade da austenita, o que reduz ou elimina a transformação martensítica durante o processamento a frio. Ao mesmo tempo, o efeito de endurecimento por trabalho a frio na própria austenita não é muito óbvio. O efeito do níquel é reduzir a taxa de endurecimento por trabalho a frio do aço inoxidável austenítico e reduzir a resistência ambiente e a baixa temperatura do aço, ao mesmo tempo em que aumenta a plasticidade. Isso determina que aumentar o teor de níquel é benéfico para o desempenho de conformação a frio do aço inoxidável austenítico, e aumentar o teor de níquel também pode reduzir ou eliminar a ferrita δ nos tipos de aço inoxidável austenítico de cromo-níquel 18-8 e 17-14-2, melhorando assim seu desempenho de processamento a quente. No entanto, a redução da ferrita δ é prejudicial à soldabilidade desses tipos de aço e aumenta a tendência a rachaduras de soldagem. Além disso, o níquel pode melhorar significativamente o desempenho de processamento a quente do aço inoxidável austenítico de cromo-manganês-nitrogênio (cromo-manganês-nitrogênio), aumentando significativamente a taxa de rendimento do aço. No aço inoxidável austenítico, a adição de níquel e o aumento do teor de níquel levam a um aumento da estabilidade termodinâmica do aço. Portanto, o aço inoxidável austenítico tem melhor resistência à corrosão a muitas corrosões intergranulares por tensão em meios e melhor resistência a meios oxidantes. E com o aumento do teor de níquel, o desempenho em meios redutores é ainda melhorado. Vale ressaltar que o níquel é o único elemento importante para melhorar a resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico a muitos meios. 

É necessário salientar a influência do níquel na resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico em vários meios ácidos. Em certas condições em água de alta temperatura e alta pressão, um aumento no conteúdo de níquel leva a um aumento na sensibilidade à corrosão sob tensão intergranular do aço e da liga. No entanto, esse efeito adverso pode ser aliviado ou suprimido devido ao aumento do conteúdo de cromo no aço e na liga. À medida que o conteúdo de níquel no aço inoxidável ferrítico-austenítico magnético aumenta, o conteúdo crítico de carbono para corrosão intergranular diminui, o que significa que a sensibilidade do aço à corrosão intergranular aumenta. Quanto ao desempenho do aço inoxidável austenítico na resistência à corrosão por pites e corrosão em fendas, o efeito do níquel não é significativo. Além disso, o níquel também aumenta a resistência à oxidação em alta temperatura do aço inoxidável austenítico, o que se deve principalmente ao fato de que o níquel melhora a composição, a estrutura e o desempenho da película de óxido de cromo, e quanto maior o conteúdo de níquel, mais prejudicial é. Isso se deve principalmente ao fato de que o 1 milhão de sulfeto de níquel de baixo ponto de fusão nas fronteiras de grão no aço é a causa.