Il ruolo principale del nichel nell'acciaio inossidabile è quello di modificare la struttura cristallina dell'acciaio. Uno dei motivi principali per l'aggiunta di nichel all'acciaio inossidabile è la formazione di una struttura cristallina austenitica, che migliora le proprietà dell'acciaio inossidabile come duttilità, saldabilità e tenacità, quindi il nichel è noto come un formatore di austenite. La struttura cristallina dell'acciaio al carbonio ordinario è chiamata ferrite, che è una struttura cubica centrata sul corpo (BCC) e viene aggiunto nichel per promuovere la struttura cristallina da una struttura cubica centrata sul corpo (BCC) a una cubica centrata sulla faccia (FCC ) struttura, chiamata austenite. Tuttavia, il nichel non è un elemento raro con tali proprietà. Gli elementi comuni che formano l'austenite sono: nichel, carbonio, azoto, manganese e rame. L'importanza relativa di questi elementi nella formazione dell'austenite ha importanti implicazioni per la previsione della struttura cristallina degli acciai inossidabili. Attualmente, sono state sviluppate molte formule per esprimere l'importanza relativa degli elementi che formano l'austenite. La più famosa è la seguente formula: Capacità di formazione dell'austenite=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%
Da questa equazione si può vedere che il carbonio è un forte elemento formante austenite con 30 volte la capacità di formare austenite rispetto al nichel, ma non può essere aggiunto all'acciaio inossidabile resistente alla corrosione perché dopo la saldatura può causare corrosione sensibilizzata e successiva corrosione intergranulare i problemi. L'azoto è anche 30 volte più capace di formare austenite rispetto al nichel, ma è un gas e solo quantità limitate di azoto possono essere aggiunte all'acciaio inossidabile senza causare problemi di porosità. L'aggiunta di manganese e rame può causare problemi di riduzione della vita refrattaria e saldatura nel processo di produzione dell'acciaio.
Come puoi vedere dall'equazione del nichel, l'aggiunta di manganese non è molto efficace nella formazione dell'austenite, ma l'aggiunta di manganese consente a più azoto, che è un fortissimo formatore di austenite, di dissolversi nell'acciaio inossidabile. Nell'acciaio inossidabile della serie 200, sono sufficienti manganese e azoto per sostituire il nichel per formare una struttura austenitica al 100%. Minore è il contenuto di nichel, maggiore è la quantità di manganese e azoto da aggiungere. Ad esempio, l'acciaio inossidabile di tipo 201 contiene solo il 4,5% di nichel e lo 0,25% di azoto. Dall'equazione del nichel, questi azoti equivalgono al 7,5% di nichel nella loro capacità di formare austenite, quindi si può anche formare una struttura di austenite al 100%. Questo è anche il principio di formazione dell'acciaio inossidabile serie 200. In alcuni acciai inossidabili della serie 200 che non soddisfano lo standard, a causa dell'impossibilità di aggiungere quantità sufficienti di manganese e azoto, per formare una struttura austenitica al 100%, la quantità di cromo aggiunta viene ridotta artificialmente, il che porterà inevitabilmente a un calo della resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. .
Nell'acciaio inossidabile, due forze opposte agiscono simultaneamente: gli elementi che formano ferrite continuano a formare ferrite e gli elementi che formano austenite continuano a formare austenite. La struttura cristallina finale dipende dalle quantità relative dei due tipi di elementi aggiunti. Il cromo è un elemento che forma la ferrite, quindi il cromo ha una relazione competitiva con gli elementi che formano l'austenite nella formazione della struttura cristallina dell'acciaio inossidabile. Poiché il ferro e il cromo sono entrambi elementi che formano ferrite, gli acciai inossidabili della serie 400 sono acciai inossidabili completamente ferritici che sono magnetici. Nel processo di aggiunta dell'elemento formante austenite-nichel all'acciaio inossidabile ferro-cromo, all'aumentare del contenuto di nichel, l'austenite formata aumenterà gradualmente fino a quando tutta la struttura di ferrite si trasformerà in struttura austenite, formando così acciaio inossidabile serie 300. Se viene aggiunta solo la metà della quantità di nichel, si formano il 50% di ferrite e il 50% di austenite, una struttura nota come acciaio inossidabile duplex.
L'acciaio inossidabile della serie 400 è una lega di ferro e carbonio-cromo. Questo acciaio inossidabile ha una struttura martensitica e ferro, quindi ha normali proprietà magnetiche. L'acciaio inossidabile serie 400 ha una forte resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e, rispetto all'acciaio al carbonio, le sue proprietà fisiche e meccaniche sono ulteriormente migliorate. La maggior parte degli acciai inossidabili della serie 400 può essere trattata termicamente.
L'acciaio inossidabile serie 300 è un materiale in lega contenente ferro, carbonio, nichel e cromo, un materiale in acciaio inossidabile non magnetico, che ha proprietà malleabili migliori rispetto all'acciaio inossidabile serie 400. A causa della struttura austenitica dell'acciaio inossidabile della serie 300, ha una forte resistenza alla corrosione in molti ambienti, una buona resistenza alla frattura causata dalla corrosione causata da una sollecitazione eccessiva del metallo e le sue proprietà del materiale non sono influenzate dal trattamento termico. Influenza.