O papel do níquel no aço inoxidável só é desempenhado depois de ser combinado com o cromo.
1. Níquel como elemento de liga em aço inoxidável
O níquel é um excelente material resistente à corrosão e um elemento de liga crítico em aço de liga. Como um elemento formador de austenita em aço, o níquel precisa atingir um teor de 24% para obter uma estrutura puramente austenítica em aço de níquel de baixo carbono. É somente quando o teor de níquel atinge 27% que a resistência do aço à corrosão em certos meios muda significativamente. Portanto, o níquel sozinho não pode constituir aço inoxidável. No entanto, quando o níquel e o cromo coexistem em aço inoxidável, o aço inoxidável contendo níquel exibe muitas propriedades valiosas.
A partir disso, fica claro que o papel do níquel como elemento de liga no aço inoxidável é alterar a estrutura do aço com alto teor de cromo, aumentando assim a resistência à corrosão e a processabilidade do aço inoxidável.
2. Manganês e nitrogênio como substitutos do níquel em aço inoxidável cromo-níquel
Embora o aço austenítico de cromo-níquel tenha muitas vantagens, as últimas décadas têm visto um desenvolvimento e aplicação em larga escala de ligas resistentes ao calor à base de níquel e aços de resistência ao calor contendo menos de 20% de níquel. Além disso, o crescente desenvolvimento da indústria química aumentou a demanda por aço inoxidável. No entanto, as reservas minerais de níquel são limitadas e concentradas em algumas regiões, levando a um desequilíbrio global entre oferta e demanda. Consequentemente, a ciência de conservar o níquel e substituí-lo por outros elementos tornou-se um foco de pesquisa e produção, particularmente em países com escassos recursos de níquel. Neste contexto, manganês e nitrogênio são usados para substituir o níquel em aço inoxidável e aço resistente ao calor.
3. O manganês tem um efeito semelhante na austenita como o níquel
mas com algumas distinções. Especificamente, o manganês não forma austenita; em vez disso, ele reduz a velocidade crítica de têmpera do aço, aumenta a estabilidade da austenita durante o resfriamento, inibe a decomposição da austenita e ajuda a manter a estrutura austenítica à temperatura ambiente. O manganês tem um efeito mínimo no aumento da resistência à corrosão do aço. Por exemplo, aumentar o teor de manganês no aço de 0 para 10,4% não altera significativamente sua resistência à corrosão no ar ou em ambientes ácidos. Isso ocorre porque o manganês tem um impacto insignificante no aumento do potencial do eletrodo de soluções sólidas à base de ferro, e o efeito protetor do filme de óxido formado também é bastante baixo. Consequentemente, embora existam aços austeníticos ligados com manganês na indústria (como 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, aço ZGMn13, etc.), eles não são usados como aço inoxidável.
O papel do manganês na estabilização da austenita no aço é cerca de metade do do níquel. Em comparação, 2% de nitrogênio também pode estabilizar a austenita no aço, e seu efeito é ainda maior do que o do níquel. Por exemplo, para obter uma estrutura austenítica à temperatura ambiente em aço contendo 18% de cromo, aço inoxidável de baixo níquel com manganês e nitrogênio substituindo o níquel, bem como aço inoxidável de cromo-manganês-nitrogênio com níquel, agora são usados na indústria. Em alguns casos, essas alternativas substituíram com sucesso o clássico aço inoxidável de cromo-níquel 18-8.
