Никель в нержавеющей стали начинает играть свою роль только после соединения с хромом.
1. Никель как легирующий элемент в нержавеющей стали
Никель является прекрасным коррозионно-стойким материалом и критическим легирующим элементом в легированной стали. Как элемент, образующий аустенит в стали, никель должен достигать содержания 24%, чтобы получить чисто аустенитную структуру в низкоуглеродистой никелевой стали. Только когда содержание никеля достигает 27%, стойкость стали к коррозии в определенных средах существенно изменяется. Поэтому никель сам по себе не может составлять нержавеющую сталь. Однако, когда никель и хром сосуществуют в нержавеющей стали, никельсодержащая нержавеющая сталь проявляет много ценных свойств.
Из этого следует, что роль никеля как легирующего элемента в нержавеющей стали заключается в изменении структуры высокохромистой стали, тем самым повышая коррозионную стойкость и технологичность нержавеющей стали.
2. Марганец и азот как заменители никеля в хромоникелевой нержавеющей стали
Хотя хромоникелевая аустенитная сталь имеет много преимуществ, в последние десятилетия наблюдается широкомасштабная разработка и применение жаропрочных сплавов на основе никеля и жаропрочных сталей, содержащих менее 20% никеля. Кроме того, растущее развитие химической промышленности увеличило спрос на нержавеющую сталь. Однако минеральные запасы никеля ограничены и сосредоточены в нескольких регионах, что приводит к глобальному дисбалансу спроса и предложения. Следовательно, наука о сохранении никеля и замене его другими элементами стала центром исследований и производства, особенно в странах с дефицитными ресурсами никеля. В этом контексте марганец и азот используются для замены никеля в нержавеющей стали и жаропрочной стали.
3. Марганец оказывает на аустенит такое же воздействие, как и никель.
но с некоторыми отличиями. В частности, марганец не образует аустенит; вместо этого он снижает критическую скорость закалки стали, увеличивает устойчивость аустенита при охлаждении, подавляет распад аустенита и помогает поддерживать аустенитную структуру при комнатной температуре. Марганец оказывает минимальное влияние на повышение коррозионной стойкости стали. Например, увеличение содержания марганца в стали с 0 до 10,4% не приводит к существенному изменению ее коррозионной стойкости на воздухе или в кислых средах. Это связано с тем, что марганец оказывает незначительное влияние на повышение электродного потенциала твердых растворов на основе железа, а защитный эффект образующейся оксидной пленки также довольно низок. Следовательно, хотя аустенитные стали, легированные марганцем, существуют в промышленности (например, сталь 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 и т. д.), они не используются в качестве нержавеющей стали.
Роль марганца в стабилизации аустенита в стали примерно вдвое меньше, чем у никеля. Для сравнения, 2% азота также могут стабилизировать аустенит в стали, и его влияние даже больше, чем у никеля. Например, для получения аустенитной структуры при комнатной температуре в стали, содержащей 18% хрома, в настоящее время в промышленности используются низконикелевые нержавеющие стали с марганцем и азотом, заменяющими никель, а также хромо-марганцево-азотные нержавеющие стали с никелем. В некоторых случаях эти альтернативы успешно заменили классическую 18-8 хромоникелевую нержавеющую сталь.
