Rollen til nikkel i rustfritt stål spilles først etter at det er kombinert med krom.
1. Nikkel som legeringselement i rustfritt stål
Nikkel er et utmerket korrosjonsbestandig materiale og et kritisk legeringselement i legert stål. Som et austenittdannende element i stål må nikkel nå et innhold på 24 % for å få en ren austenittisk struktur i lavkarbon nikkelstål. Det er først når nikkelinnholdet når 27 % at stålets motstand mot korrosjon i visse medier endres betydelig. Derfor kan nikkel alene ikke utgjøre rustfritt stål. Men når nikkel og krom eksisterer samtidig i rustfritt stål, viser det nikkelholdige rustfrie stålet mange verdifulle egenskaper.
Fra dette er det klart at rollen til nikkel som legeringselement i rustfritt stål er å endre strukturen til høykromstål, og dermed forbedre korrosjonsmotstanden og bearbeidbarheten til rustfritt stål.
2. Mangan og nitrogen som erstatning for nikkel i krom-nikkel rustfritt stål
Selv om austenittisk krom-nikkel-stål har mange fordeler, har de siste tiårene sett en storskala utvikling og anvendelse av nikkelbaserte varmebestandige legeringer og varmefast stål som inneholder mindre enn 20 % nikkel. I tillegg har den økende utviklingen av den kjemiske industrien økt etterspørselen etter rustfritt stål. Imidlertid er nikkels mineralreserver begrenset og konsentrert i noen få regioner, noe som fører til en global ubalanse mellom tilbud og etterspørsel. Følgelig har vitenskapen om å bevare nikkel og erstatte det med andre elementer blitt et fokus for forskning og produksjon, spesielt i land med knappe nikkelressurser. I denne sammenhengen brukes mangan og nitrogen for å erstatte nikkel i rustfritt stål og varmebestandig stål.
3. Mangan har en lignende effekt på austenitt som nikkel
men med noen forskjeller. Nærmere bestemt danner mangan ikke austenitt; i stedet reduserer den den kritiske bråkjølingshastigheten til stål, øker austenittstabiliteten under avkjøling, hemmer austenittnedbrytning og bidrar til å opprettholde austenittisk struktur ved romtemperatur. Mangan har en minimal effekt på å forbedre stålets korrosjonsmotstand. Økning av manganinnholdet i stål fra 0 til 10,4 % endrer for eksempel ikke korrosjonsmotstanden i luft eller sure miljøer. Dette er fordi mangan har en ubetydelig innvirkning på å øke elektrodepotensialet til jernbaserte faste løsninger, og den beskyttende effekten av den dannede oksidfilmen er også ganske lav. Følgelig, selv om austenittiske stål legert med mangan finnes i industrien (som 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 stål, etc.), brukes de ikke som rustfritt stål.
Mangans rolle i stabilisering av austenitt i stål er omtrent halvparten av nikkel. Til sammenligning kan 2 % nitrogen også stabilisere austenitt i stål, og effekten er enda større enn nikkel. For å oppnå en austenittisk struktur ved romtemperatur i stål som inneholder 18 % krom, brukes nå rustfritt stål med lavt nikkel med mangan og nitrogen som erstatter nikkel, samt krom-mangan-nitrogen rustfritt stål med nikkel. . I noen tilfeller har disse alternativene erstattet det klassiske 18-8 krom-nikkel rustfritt stål.
