镍元素对不锈钢的作用

在不锈钢中添加镍会形成奥氏体晶体结构，能改良不锈钢的可塑性、韧性、可焊接性等属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。普碳钢晶体结构是铁氧体，为体心立方(BCC)结构，加入镍元素可促使晶体结构从体心立方(BCC)结构转变为面心立方(FCC)结构，其被称为奥氏体不锈钢。

不过镍元素的这种性质并不。奥氏体比较常见的形成元素有：镍、氮、锰、碳、铜。现在人们有很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，以下是的公式：

奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%

从这个公式看出：碳作为对形成奥氏体作用较强，能力是镍的30倍，但是它却不能加入耐腐蚀不锈钢中，因为在焊接后这会导致敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素对形成奥氏体的作用能力同样是镍的30倍，但其为气体，添加过多氮会造成多孔性问题。另外添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。

尽管添加锰不利于形成奥氏体，但添加锰可以帮助更多氮元素溶到不锈钢中，且氮正非常有利于形成奥氏体。在200系不锈钢中，通过足量的锰和氮来代替镍元素形成100%的奥氏体结构，镍含量越低，锰和氮的量就越高。例如在201不锈钢中，只含有4.5%的镍，但还含有0.25%的氮。通过上述公式可知氮元素在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，因此同样能形成100%奥氏体结构。200系列不锈钢正是由此而生。部分不达标的200系列不锈钢中，由于无法加入足够数量的锰和氮，却为了100%的奥氏体结构，通过有意减少了铬加入量，这就导致了不锈钢抗腐蚀能力降低。

在不锈钢中，铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。而终的晶体结构则取决于添加的两类元素间相对数量。其中铬是一种铁素体形成元素，所以在不锈钢晶体结构的形成上铬元素和奥氏体形成元素是竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以400系不锈钢是完全铁素体不锈钢，是有磁性的。在把奥氏体形成元素—镍加入到铁-铬不锈钢的过程中，随着镍元素的增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，终形成300系不锈钢。但如果镍元素仅添加一半量，就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体，也就是双相不锈钢。

400系不锈钢是一种铁、碳和铬的合金。其为马氏体结构和铁元素，有正常的磁性。并且也有很强的抗高温氧化能力，但和碳钢相比，400系不锈钢的物理特性和机械特性都有改良空间。400系不锈钢可做热处理。

300系不锈钢含有铁、碳、镍和铬等元素，没有磁性，可锻特性比400系不锈钢更好。因为300系不锈钢的奥氏体结构，其在许多环境中抗腐蚀性能都很强，抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能也委好，并且300系不锈钢的材料特性是不受热处理的影响。