Niķeļa loma nerūsējošajā tēraudā tiek spēlēta tikai pēc tam, kad tas ir apvienots ar hromu.
1. Niķelis kā nerūsējošā tērauda sakausējuma elements
Niķelis ir lielisks pret koroziju izturīgs materiāls un būtisks leģētā tērauda leģējošais elements. Kā austenītu veidojošam elementam tēraudā, niķelim jāsasniedz 24% saturs, lai iegūtu tīri austenīta struktūru zema oglekļa satura niķeļa tēraudā. Tikai tad, kad niķeļa saturs sasniedz 27%, tērauda izturība pret koroziju noteiktās vidēs būtiski mainās. Tāpēc niķelis viens pats nevar būt nerūsējošais tērauds. Tomēr, ja nerūsējošajā tēraudā līdzās pastāv niķelis un hroms, niķeli saturošajam nerūsējošajam tēraudam piemīt daudzas vērtīgas īpašības.
No tā ir skaidrs, ka niķeļa kā leģējošā elementa loma nerūsējošajā tēraudā ir mainīt tērauda ar augstu hroma saturu struktūru, tādējādi uzlabojot nerūsējošā tērauda izturību pret koroziju un apstrādājamību.
2. Mangāns un slāpeklis kā niķeļa aizstājēji hroma-niķeļa nerūsējošajā tēraudā
Lai gan hroma-niķeļa austenīta tēraudam ir daudz priekšrocību, pēdējās desmitgadēs ir plaši izstrādāti un pielietoti uz niķeļa bāzes izgatavoti karstumizturīgi sakausējumi un karstumizturīgi tēraudi, kas satur mazāk par 20% niķeļa. Turklāt pieaugošā ķīmiskās rūpniecības attīstība ir palielinājusi pieprasījumu pēc nerūsējošā tērauda. Tomēr niķeļa derīgo izrakteņu krājumi ir ierobežoti un koncentrēti dažos reģionos, izraisot globālu piedāvājuma un pieprasījuma nelīdzsvarotību. Līdz ar to zinātne par niķeļa saglabāšanu un aizstāšanu ar citiem elementiem ir kļuvusi par pētniecības un ražošanas centru, jo īpaši valstīs ar ierobežotiem niķeļa resursiem. Šajā kontekstā mangānu un slāpekli izmanto, lai aizstātu niķeli nerūsējošajā tēraudā un karstumizturīgā tēraudā.
3. Mangānam ir līdzīga ietekme uz austenītu kā niķelim
bet ar dažām atšķirībām. Konkrēti, mangāns neveido austenītu; tā vietā tas samazina tērauda kritisko dzēšanas ātrumu, palielina austenīta stabilitāti dzesēšanas laikā, kavē austenīta sadalīšanos un palīdz uzturēt austenīta struktūru istabas temperatūrā. Mangānam ir minimāla ietekme uz tērauda izturības pret koroziju uzlabošanu. Piemēram, mangāna satura palielināšana tēraudā no 0 līdz 10,4% būtiski nemaina tā izturību pret koroziju gaisā vai skābā vidē. Tas ir tāpēc, ka mangānam ir niecīga ietekme uz dzelzs bāzes cieto šķīdumu elektrodu potenciāla paaugstināšanu, un arī izveidotās oksīda plēves aizsargājošā iedarbība ir diezgan zema. Līdz ar to, lai gan nozarē pastāv ar mangānu leģēti austenīta tēraudi (piemēram, 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 tērauds utt.), tos neizmanto kā nerūsējošo tēraudu.
Mangāna loma austenīta stabilizēšanā tēraudā ir aptuveni puse no niķeļa. Salīdzinājumam, 2% slāpekļa var arī stabilizēt austenītu tēraudā, un tā iedarbība ir pat lielāka nekā niķeļa iedarbība. Piemēram, lai iegūtu austenīta struktūru istabas temperatūrā tēraudā, kas satur 18% hroma, tagad rūpniecībā tiek izmantots nerūsējošais tērauds ar zemu niķeļa saturu ar mangānu un slāpekli, kas aizstāj niķeli, kā arī hroma-mangāna-slāpekļa nerūsējošais tērauds ar niķeli. . Dažos gadījumos šīs alternatīvas ir veiksmīgi aizstājušas klasisko 18-8 hroma-niķeļa nerūsējošo tēraudu.
