Nikelin paslanmaz çelikteki rolü ancak kromla birleştikten sonra ortaya çıkar.
1. Paslanmaz Çelikte Alaşım Elementi Olarak Nikel
Nikel, mükemmel bir korozyona dayanıklı malzeme ve alaşımlı çelikte kritik bir alaşım elementidir. Çelikte ostenit oluşturan bir element olarak nikel, düşük karbonlu nikel çelikte saf ostenitik bir yapı elde etmek için %24'lük bir içeriğe ulaşmalıdır. Çeliğin belirli ortamlarda korozyona karşı direnci ancak nikel içeriği %27'ye ulaştığında önemli ölçüde değişir. Bu nedenle, nikel tek başına paslanmaz çeliği oluşturamaz. Ancak, nikel ve krom paslanmaz çelikte bir arada bulunduğunda, nikel içeren paslanmaz çelik birçok değerli özellik sergiler.
Buradan, nikelin paslanmaz çelikte alaşım elementi olarak rolünün, yüksek kromlu çeliğin yapısını değiştirerek paslanmaz çeliğin korozyon direncini ve işlenebilirliğini artırmak olduğu anlaşılmaktadır.
2. Krom-Nikel Paslanmaz Çelikte Nikel Yerine Manganez ve Azot
Krom-nikel ostenitik çeliğin birçok avantajı olmasına rağmen, son on yıllarda nikel bazlı ısıya dayanıklı alaşımların ve %20'den az nikel içeren ısıya dayanıklı çeliklerin büyük ölçekli bir geliştirme ve uygulaması görülmüştür. Ek olarak, kimya endüstrisinin artan gelişimi paslanmaz çeliğe olan talebi artırmıştır. Ancak, nikelin mineral rezervleri sınırlıdır ve birkaç bölgede yoğunlaşmıştır, bu da küresel bir arz-talep dengesizliğine yol açmıştır. Sonuç olarak, nikelin korunması ve diğer elementlerle değiştirilmesi bilimi, özellikle nikel kaynakları kıt olan ülkelerde araştırma ve üretimin odak noktası haline gelmiştir. Bu bağlamda, manganez ve azot, paslanmaz çelik ve ısıya dayanıklı çelikte nikelin yerini almak için kullanılır.
3. Manganezin ostenit üzerinde nikel ile benzer bir etkisi vardır
Ancak bazı ayrımlarla. Özellikle manganez ostenit oluşturmaz; bunun yerine çeliğin kritik söndürme hızını azaltır, soğutma sırasında ostenit kararlılığını artırır, ostenit ayrışmasını engeller ve oda sıcaklığında ostenitik yapının korunmasına yardımcı olur. Manganezin çeliğin korozyon direncini artırmada minimal bir etkisi vardır. Örneğin, çelikteki manganez içeriğini 0'dan %10,4'e çıkarmak, havadaki veya asidik ortamlardaki korozyon direncini önemli ölçüde değiştirmez. Bunun nedeni, manganezin demir bazlı katı çözeltilerin elektrot potansiyelini artırmada ihmal edilebilir bir etkiye sahip olması ve oluşan oksit filminin koruyucu etkisinin de oldukça düşük olmasıdır. Sonuç olarak, endüstride manganez ile alaşımlanmış ostenitik çelikler bulunmasına rağmen (örneğin 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 çeliği vb.), paslanmaz çelik olarak kullanılmazlar.
Manganezin çelikteki osteniti stabilize etmedeki rolü nikelin yaklaşık yarısı kadardır. Karşılaştırıldığında, %2 azot da çelikteki osteniti stabilize edebilir ve etkisi nikelin etkisinden bile daha büyüktür. Örneğin, %18 krom içeren çelikte oda sıcaklığında ostenitik bir yapı elde etmek için, nikel yerine manganez ve azot içeren düşük nikelli paslanmaz çelikler ve nikel içeren krom-manganez-azotlu paslanmaz çelikler artık endüstride kullanılmaktadır. Bazı durumlarda, bu alternatifler klasik 18-8 krom-nikel paslanmaz çeliğinin yerini başarıyla almıştır.
