Роль нікелю в нержавіючій сталі відіграє лише після його з’єднання з хромом.
1. Нікель як легуючий елемент нержавіючої сталі
Нікель є чудовим корозійностійким матеріалом і важливим легуючим елементом у легованій сталі. Як аустенітоутворюючий елемент у сталі, вміст нікелю повинен досягати 24%, щоб отримати чисто аустенітну структуру в сталі з низьким вмістом вуглецю. Лише коли вміст нікелю досягає 27%, стійкість сталі до корозії в певних середовищах істотно змінюється. Тому нікель сам по собі не може становити нержавіючу сталь. Однак, коли нікель і хром співіснують у нержавіючій сталі, нікельвмісна нержавіюча сталь демонструє багато цінних властивостей.
Звідси стає зрозуміло, що роль нікелю як легуючого елемента в нержавіючій сталі полягає у зміні структури сталі з високим вмістом хрому, тим самим підвищуючи стійкість до корозії та технологічність нержавіючої сталі.
2. Марганець і азот як замінники нікелю в хромонікелевій нержавіючій сталі
Незважаючи на те, що хромонікелева аустенітна сталь має багато переваг, останні десятиліття спостерігаються широкомасштабні розробки та застосування жаростійких сплавів на основі нікелю та жароміцних сталей, що містять менше 20% нікелю. Крім того, зростаючий розвиток хімічної промисловості збільшив попит на нержавіючу сталь. Проте мінеральні запаси нікелю обмежені та зосереджені в кількох регіонах, що призводить до глобального дисбалансу попиту та пропозиції. Отже, наука про збереження нікелю та заміну його іншими елементами стала центром досліджень і виробництва, особливо в країнах з дефіцитними ресурсами нікелю. У цьому контексті марганець і азот використовуються для заміни нікелю в нержавіючій і жаростійкій сталі.
3. Марганець діє на аустеніт так само, як і нікель
але з деякими відмінностями. Зокрема, марганець не утворює аустеніт; натомість він зменшує критичну швидкість загартування сталі, підвищує стабільність аустеніту під час охолодження, перешкоджає розкладанню аустеніту та допомагає підтримувати аустенітну структуру при кімнатній температурі. Марганець мінімально впливає на підвищення стійкості сталі до корозії. Наприклад, збільшення вмісту марганцю в сталі з 0 до 10,4% суттєво не змінює її корозійну стійкість у повітрі чи кислотному середовищі. Це пояснюється тим, що марганець має незначний вплив на підвищення електродного потенціалу твердих розчинів на основі заліза, а захисний ефект утвореної оксидної плівки також досить низький. Отже, хоча в промисловості існують аустенітні сталі, леговані марганцем (такі як 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 тощо), вони не використовуються як нержавіючі сталі.
Роль марганцю в стабілізації аустеніту в сталі приблизно вдвічі менша, ніж нікель. Для порівняння, 2% азоту також може стабілізувати аустеніт у сталі, і його ефект навіть більший, ніж у нікелю. Так, для отримання аустенітної структури при кімнатній температурі в сталі, що містить 18% хрому, в даний час в промисловості використовують низьконікелеву нержавіючу сталь із заміщенням нікелю марганцем і азотом, а також хромомарганцево-азотну нержавіючу сталь з нікелем. . У деяких випадках ці альтернативи успішно замінили класичну 18-8 хромонікелеву нержавіючу сталь.
