El papel del níquel en el acero inoxidable sólo se cumple después de combinarse con el cromo.
1. El níquel como elemento de aleación en el acero inoxidable
El níquel es un material excelente resistente a la corrosión y un elemento de aleación fundamental en el acero de aleación. Como elemento formador de austenita en el acero, el níquel debe alcanzar un contenido del 24 % para obtener una estructura puramente austenítica en el acero al níquel con bajo contenido de carbono. Solo cuando el contenido de níquel alcanza el 27 % cambia significativamente la resistencia del acero a la corrosión en ciertos medios. Por lo tanto, el níquel por sí solo no puede constituir acero inoxidable. Sin embargo, cuando el níquel y el cromo coexisten en el acero inoxidable, el acero inoxidable que contiene níquel exhibe muchas propiedades valiosas.
De esto se desprende claramente que la función del níquel como elemento de aleación en el acero inoxidable es alterar la estructura del acero con alto contenido de cromo, mejorando así la resistencia a la corrosión y la procesabilidad del acero inoxidable.
2. Manganeso y nitrógeno como sustitutos del níquel en acero inoxidable al cromo-níquel
Aunque el acero austenítico al cromo-níquel tiene muchas ventajas, en las últimas décadas se ha producido un desarrollo y aplicación a gran escala de aleaciones resistentes al calor a base de níquel y aceros resistentes al calor que contienen menos del 20% de níquel. Además, el creciente desarrollo de la industria química ha aumentado la demanda de acero inoxidable. Sin embargo, las reservas minerales de níquel son limitadas y se concentran en unas pocas regiones, lo que genera un desequilibrio entre la oferta y la demanda a nivel mundial. En consecuencia, la ciencia de conservar el níquel y sustituirlo por otros elementos se ha convertido en un foco de investigación y producción, en particular en países con escasos recursos de níquel. En este contexto, se utilizan manganeso y nitrógeno para sustituir al níquel en el acero inoxidable y el acero resistente al calor.
3. El manganeso tiene un efecto similar al del níquel sobre la austenita.
pero con algunas distinciones. Específicamente, el manganeso no forma austenita; en cambio, reduce la velocidad crítica de temple del acero, aumenta la estabilidad de la austenita durante el enfriamiento, inhibe la descomposición de la austenita y ayuda a mantener la estructura austenítica a temperatura ambiente. El manganeso tiene un efecto mínimo en la mejora de la resistencia a la corrosión del acero. Por ejemplo, aumentar el contenido de manganeso en el acero de 0 a 10,4% no cambia significativamente su resistencia a la corrosión en el aire o en entornos ácidos. Esto se debe a que el manganeso tiene un impacto insignificante en el aumento del potencial del electrodo de las soluciones sólidas a base de hierro, y el efecto protector de la película de óxido formada también es bastante bajo. En consecuencia, aunque existen aceros austeníticos aleados con manganeso en la industria (como el acero 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13, etc.), no se utilizan como acero inoxidable.
El papel del manganeso en la estabilización de la austenita en el acero es aproximadamente la mitad del del níquel. En comparación, el 2% de nitrógeno también puede estabilizar la austenita en el acero, y su efecto es incluso mayor que el del níquel. Por ejemplo, para obtener una estructura austenítica a temperatura ambiente en acero que contiene un 18% de cromo, ahora se utilizan en la industria aceros inoxidables con bajo contenido de níquel con manganeso y nitrógeno en sustitución del níquel, así como aceros inoxidables de cromo-manganeso-nitrógeno con níquel. En algunos casos, estas alternativas han reemplazado con éxito al clásico acero inoxidable de cromo-níquel 18-8.
