Peranan nikel dalam keluli tahan karat hanya dimainkan selepas ia digabungkan dengan kromium.
1. Nikel sebagai Elemen Aloi dalam Keluli Tahan Karat
Nikel ialah bahan tahan kakisan yang sangat baik dan unsur pengaloian kritikal dalam keluli aloi. Sebagai unsur pembentuk austenit dalam keluli, nikel perlu mencapai kandungan 24% untuk mendapatkan struktur austenit tulen dalam keluli nikel karbon rendah. Hanya apabila kandungan nikel mencapai 27% barulah rintangan keluli terhadap kakisan dalam media tertentu berubah dengan ketara. Oleh itu, nikel sahaja tidak boleh membentuk keluli tahan karat. Walau bagaimanapun, apabila nikel dan kromium wujud bersama dalam keluli tahan karat, keluli tahan karat yang mengandungi nikel mempamerkan banyak sifat berharga.
Daripada ini, jelas bahawa peranan nikel sebagai unsur pengaloian dalam keluli tahan karat adalah untuk mengubah struktur keluli kromium tinggi, dengan itu meningkatkan rintangan kakisan dan kebolehprosesan keluli tahan karat.
2. Mangan dan Nitrogen sebagai Pengganti Nikel dalam Keluli Tahan Karat Kromium-Nikel
Walaupun keluli austenit kromium-nikel mempunyai banyak kelebihan, dekad kebelakangan ini telah menyaksikan pembangunan berskala besar dan penggunaan aloi tahan haba berasaskan nikel dan keluli kekuatan haba yang mengandungi kurang daripada 20% nikel. Selain itu, perkembangan industri kimia yang semakin meningkat telah meningkatkan permintaan untuk keluli tahan karat. Walau bagaimanapun, rizab galian nikel adalah terhad dan tertumpu di beberapa wilayah, yang membawa kepada ketidakseimbangan bekalan-permintaan global. Akibatnya, sains memulihara nikel dan menggantikannya dengan unsur lain telah menjadi tumpuan penyelidikan dan pengeluaran, khususnya di negara yang mempunyai sumber nikel yang terhad. Dalam konteks ini, mangan dan nitrogen digunakan untuk menggantikan nikel dalam keluli tahan karat dan keluli tahan panas.
3. Mangan mempunyai kesan yang sama pada austenit seperti nikel
tetapi dengan beberapa perbezaan. Secara khusus, mangan tidak membentuk austenit; sebaliknya, ia mengurangkan kelajuan pelindapkejutan kritikal keluli, meningkatkan kestabilan austenit semasa penyejukan, menghalang penguraian austenit, dan membantu mengekalkan struktur austenit pada suhu bilik. Mangan mempunyai kesan minimum pada meningkatkan rintangan kakisan keluli. Sebagai contoh, meningkatkan kandungan mangan dalam keluli daripada 0 kepada 10.4% tidak secara ketara mengubah rintangan kakisannya dalam persekitaran udara atau berasid. Ini kerana mangan mempunyai kesan yang boleh diabaikan dalam meningkatkan potensi elektrod larutan pepejal berasaskan besi, dan kesan perlindungan filem oksida yang terbentuk juga agak rendah. Akibatnya, walaupun keluli austenit yang dialoi dengan mangan wujud dalam industri (seperti keluli 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13, dll.), ia tidak digunakan sebagai keluli tahan karat.
Peranan mangan dalam menstabilkan austenit dalam keluli adalah kira-kira separuh daripada nikel. Sebagai perbandingan, 2% nitrogen juga boleh menstabilkan austenit dalam keluli, dan kesannya lebih besar daripada nikel. Sebagai contoh, untuk mendapatkan struktur austenit pada suhu bilik dalam keluli yang mengandungi 18% kromium, keluli tahan karat nikel rendah dengan mangan dan pengganti nitrogen untuk nikel, serta keluli tahan karat kromium-mangan-nitrogen dengan nikel, kini digunakan dalam industri. . Dalam sesetengah kes, alternatif ini telah berjaya menggantikan keluli tahan karat kromium-nikel klasik 18-8.
