Nikiel w stali nierdzewnej zaczyna odgrywać swoją rolę dopiero po połączeniu z chromem.
1. Nikiel jako pierwiastek stopowy w stali nierdzewnej
Nikiel jest doskonałym materiałem odpornym na korozję i krytycznym pierwiastkiem stopowym w stali stopowej. Jako pierwiastek tworzący austenit w stali, nikiel musi osiągnąć zawartość 24%, aby uzyskać czysto austenityczną strukturę w niskowęglowej stali niklowej. Dopiero gdy zawartość niklu osiągnie 27%, odporność stali na korozję w niektórych mediach ulega znacznej zmianie. Dlatego sam nikiel nie może stanowić stali nierdzewnej. Jednak gdy nikiel i chrom współistnieją w stali nierdzewnej, stal nierdzewna zawierająca nikiel wykazuje wiele cennych właściwości.
Z tego wynika jasno, że rolą niklu jako pierwiastka stopowego w stali nierdzewnej jest zmiana struktury stali wysokochromowej, a tym samym zwiększenie odporności na korozję i obrabialności stali nierdzewnej.
2. Mangan i azot jako substytuty niklu w stali nierdzewnej chromowo-niklowej
Chociaż stal austenityczna chromowo-niklowa ma wiele zalet, ostatnie dekady przyniosły rozwój na dużą skalę i zastosowanie stopów żaroodpornych na bazie niklu i stali żaroodpornych zawierających mniej niż 20% niklu. Ponadto rosnący rozwój przemysłu chemicznego zwiększył popyt na stal nierdzewną. Jednak rezerwy mineralne niklu są ograniczone i skoncentrowane w kilku regionach, co prowadzi do globalnej nierównowagi podaży i popytu. W związku z tym nauka o oszczędzaniu niklu i zastępowaniu go innymi pierwiastkami stała się przedmiotem badań i produkcji, szczególnie w krajach o ograniczonych zasobach niklu. W tym kontekście mangan i azot są używane do zastępowania niklu w stali nierdzewnej i stali żaroodpornej.
3. Mangan ma podobny wpływ na austenit jak nikiel
ale z pewnymi różnicami. Konkretnie, mangan nie tworzy austenitu; zamiast tego, zmniejsza krytyczną prędkość hartowania stali, zwiększa stabilność austenitu podczas chłodzenia, hamuje rozkład austenitu i pomaga utrzymać strukturę austenityczną w temperaturze pokojowej. Mangan ma minimalny wpływ na zwiększenie odporności stali na korozję. Na przykład, zwiększenie zawartości manganu w stali z 0 do 10,4% nie zmienia znacząco jej odporności na korozję w powietrzu lub środowisku kwaśnym. Dzieje się tak, ponieważ mangan ma pomijalny wpływ na podniesienie potencjału elektrodowego stałych roztworów na bazie żelaza, a efekt ochronny utworzonej warstwy tlenku jest również dość niski. W związku z tym, chociaż w przemyśle istnieją stale austenityczne stopowe z manganem (takie jak stal 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 itp.), nie są one stosowane jako stal nierdzewna.
Rola manganu w stabilizowaniu austenitu w stali jest mniej więcej o połowę mniejsza niż niklu. Dla porównania, 2% azotu może również stabilizować austenit w stali, a jego wpływ jest nawet większy niż niklu. Na przykład, aby uzyskać strukturę austenityczną w temperaturze pokojowej w stali zawierającej 18% chromu, w przemyśle stosuje się obecnie stal nierdzewną niskoniklową z manganem i azotem zastępującym nikiel, a także stal nierdzewną chromowo-manganowo-azotową z niklem. W niektórych przypadkach alternatywy te z powodzeniem zastąpiły klasyczną 18-8 stal nierdzewną chromowo-niklową.
