Ролята на никела в неръждаемата стомана се играе само след като се комбинира с хром.
1. Никел като легиращ елемент в неръждаема стомана
Никелът е отличен устойчив на корозия материал и критичен легиращ елемент в легираната стомана. Като аустенит-образуващ елемент в стоманата, никелът трябва да достигне съдържание от 24%, за да се получи чисто аустенитна структура в нисковъглеродната никелова стомана. Едва когато съдържанието на никел достигне 27%, устойчивостта на стоманата към корозия в определени среди се променя значително. Следователно никелът сам по себе си не може да представлява неръждаема стомана. Въпреки това, когато никел и хром съществуват едновременно в неръждаема стомана, съдържащата никел неръждаема стомана проявява много ценни свойства.
От това става ясно, че ролята на никела като легиращ елемент в неръждаемата стомана е да променя структурата на стоманата с високо съдържание на хром, като по този начин повишава устойчивостта на корозия и обработваемостта на неръждаемата стомана.
2. Манган и азот като заместители на никела в хром-никелова неръждаема стомана
Въпреки че хром-никелова аустенитна стомана има много предимства, през последните десетилетия се наблюдава широкомащабно развитие и приложение на топлоустойчиви сплави на основата на никел и топлоустойчиви стомани, съдържащи по-малко от 20% никел. Освен това нарастващото развитие на химическата промишленост увеличи търсенето на неръждаема стомана. Минералните запаси от никел обаче са ограничени и концентрирани в няколко региона, което води до глобален дисбаланс между предлагането и търсенето. Следователно науката за запазване на никела и заместването му с други елементи се превърна във фокус на изследванията и производството, особено в страни с оскъдни ресурси на никел. В този контекст манганът и азотът се използват за заместване на никела в неръждаема стомана и топлоустойчива стомана.
3. Манганът има подобен ефект върху аустенита като никела
но с някои отличия. По-конкретно, манганът не образува аустенит; вместо това намалява критичната скорост на закаляване на стоманата, повишава стабилността на аустенита по време на охлаждане, инхибира разлагането на аустенита и помага за поддържане на аустенитната структура при стайна температура. Манганът има минимален ефект върху повишаването на корозионната устойчивост на стоманата. Например увеличаването на съдържанието на манган в стоманата от 0 до 10,4% не променя значително нейната устойчивост на корозия във въздух или кисела среда. Това е така, защото манганът има незначително въздействие върху повишаването на електродния потенциал на твърдите разтвори на основата на желязо и защитният ефект на образувания оксиден филм също е доста нисък. Следователно, въпреки че в промишлеността съществуват аустенитни стомани, легирани с манган (като стомана 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 и др.), те не се използват като неръждаема стомана.
Ролята на мангана в стабилизирането на аустенита в стоманата е около половината от тази на никела. За сравнение, 2% азот може също да стабилизира аустенита в стоманата и ефектът му е дори по-голям от този на никела. Например, за да се получи аустенитна структура при стайна температура в стомана, съдържаща 18% хром, неръждаема стомана с ниско съдържание на никел с манган и азот, заместващ никел, както и неръждаема стомана хром-манган-азот с никел, сега се използват в индустрията . В някои случаи тези алтернативи успешно заменят класическата 18-8 хром-никелова неръждаема стомана.
