El papel principal del níquel en el acero inoxidable es que cambia la estructura cristalina del acero. Una de las principales razones para la adición de níquel al acero inoxidable es la formación de una estructura cristalina austenítica, que mejora las propiedades del acero inoxidable como la ductilidad, la soldabilidad y la tenacidad, por lo que el níquel se conoce como un formador de austenita. La estructura cristalina del acero al carbono ordinario se llama ferrita, que es una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC), y se agrega níquel para promover la estructura cristalina de una estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) a una estructura cúbica centrada en la cara (FCC), que se llama austenita. Sin embargo, el níquel no es un elemento poco común con tales propiedades. Los elementos comunes formadores de austenita son: níquel, carbono, nitrógeno, manganeso y cobre. La importancia relativa de estos elementos en la formación de austenita tiene implicaciones importantes para predecir la estructura cristalina de los aceros inoxidables. En la actualidad, se han desarrollado muchas fórmulas para expresar la importancia relativa de los elementos formadores de austenita. La más famosa es la siguiente fórmula: Capacidad formadora de austenita = Ni% + 30C % + 30N % + 0.5Mn% + 0.25Cu%
Se puede ver en esta ecuación que el carbono es un fuerte elemento formador de austenita con 30 veces la capacidad de formar austenita que el níquel, pero no se puede agregar al acero inoxidable resistente a la corrosión porque después de la soldadura puede causar corrosión sensibilizada y problemas de corrosión intergranular posteriores. El nitrógeno también es 30 veces más capaz de formar austenita que el níquel, pero es un gas y solo se pueden agregar cantidades limitadas de nitrógeno al acero inoxidable sin causar problemas de porosidad. La adición de manganeso y cobre puede causar problemas con la reducción de la vida refractaria y la soldadura en el proceso de fabricación de acero.
Como puede ver en la ecuación del níquel, la adición de manganeso no es muy efectiva para formar austenita, pero la adición de manganeso permite que más nitrógeno, que es un formador de austenita muy fuerte, se disuelva en el acero inoxidable. En el acero inoxidable de la serie 200, es suficiente manganeso y nitrógeno para reemplazar al níquel para formar una estructura 100% austenítica. Cuanto menor sea el contenido de níquel, mayor será la cantidad de manganeso y nitrógeno que debe agregarse. Por ejemplo, el acero inoxidable Tipo 201 contiene solo 4.5% de níquel y 0.25% de nitrógeno. A partir de la ecuación del níquel, estos nitrógenos equivalen al 7,5% de níquel en su capacidad para formar austenita, por lo que también se puede formar una estructura de austenita al 100%. Este es también el principio de formación del acero inoxidable de la serie 200. En algunos aceros inoxidables de la serie 200 que no cumplen con el estándar, debido a la incapacidad de agregar cantidades suficientes de manganeso y nitrógeno, para formar una estructura 100% austenítica, la cantidad de cromo agregado se reduce artificialmente, lo que inevitablemente conducirá a una disminución en la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. .
En el acero inoxidable, dos fuerzas opuestas actúan simultáneamente: los elementos formadores de ferrita siguen formando ferrita, y los elementos formadores de austenita siguen formando austenita. La estructura cristalina final depende de las cantidades relativas de los dos tipos de elementos añadidos. El cromo es un elemento formador de ferrita, por lo que el cromo está en una relación competitiva con los elementos formadores de austenita en la formación de la estructura cristalina de acero inoxidable. Debido a que el hierro y el cromo son elementos formadores de ferrita, los aceros inoxidables de la serie 400 son aceros inoxidables totalmente ferríticos que son magnéticos. En el proceso de agregar el elemento formador de austenita-níquel al acero inoxidable hierro-cromo, a medida que aumenta el contenido de níquel, la austenita formada aumentará gradualmente hasta que toda la estructura de ferrita se transforme en estructura de austenita, formando así acero inoxidable de la serie 300. Si solo se agrega la mitad de la cantidad de níquel, se forma un 50% de ferrita y un 50% de austenita, una estructura conocida como acero inoxidable dúplex.
El acero inoxidable de la serie 400 es una aleación de hierro y carbono-cromo. Este acero inoxidable tiene una estructura martensítica y hierro, por lo que tiene propiedades magnéticas normales. El acero inoxidable de la serie 400 tiene una fuerte resistencia a la oxidación a altas temperaturas, y en comparación con el acero al carbono, sus propiedades físicas y mecánicas se mejoran aún más. La mayoría de los aceros inoxidables de la serie 400 pueden ser tratados térmicamente.
El acero inoxidable de la serie 300 es un material de aleación que contiene hierro, carbono, níquel y cromo, un material de acero inoxidable no magnético, que tiene mejores propiedades maleables que el acero inoxidable de la serie 400. Debido a la estructura austenítica del acero inoxidable de la serie 300, tiene una fuerte resistencia a la corrosión en muchos entornos, buena resistencia a la fractura causada por la corrosión causada por el estrés excesivo del metal y sus propiedades materiales no se ven afectadas por el tratamiento térmico. Influencia.