铬在厚壁不锈钢管中的决定作用：决定厚壁不锈钢管性属的元素只有一种，这就是铬，每种厚壁不锈钢管都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铭的厚壁不锈钢管。铬之所以成为决定厚壁不锈钢管性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明：

铬使铁基固溶体的电极电位提高

铬吸收铁的电子使铁钝化

钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。

碳在厚壁不锈钢管中的两重性

碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在厚壁不锈钢管中碳的影响尤为显著。碳在厚壁不锈钢管中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成一系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在厚壁不锈钢管中的作用是互相矛盾的。

镍在厚壁不锈钢管中的作用是在与铬配合后才发挥出来的镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素，镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24%；而只有含镍27%时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成厚壁不锈钢管。但是镍与铬同时存在于厚壁不锈钢管中时，含镍的厚壁不锈钢管却具有许多可贵的性能。

基于上面的情况可知，镍作为合金元素在厚壁不锈钢管中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使厚壁不锈钢管的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。

镍在厚壁不锈钢管中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在厚壁不锈钢管中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等厚壁不锈钢管的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方（BCC）结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方（BCC）结构转变为面心立方（FCC）结构，这种结构被称为奥氏体。然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测厚壁不锈钢管的晶体结构具有重要意义。目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式：

奥氏体形成能力=1Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25C4%

从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的厚壁不锈钢管中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在厚壁不锈钢管中添加数量有限的氮。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。

从镍等式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到厚壁不锈钢管中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在200系列的厚壁不锈钢管中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氨数量就越高。例如在201型厚壁不锈钢管中，只含有4.5%的镍，同时含有0.25%的氮。由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。这也是200系列厚壁不锈钢管的形成原理。在有些不符合标准的200系列厚壁不锈钢管中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了厚壁不锈钢管抗腐蚀能力的下降。

在厚壁不锈钢管中，有两种相反的力量同时作用：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。最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。铬是一种铁素体形成元素，所以铬在厚壁不锈钢管晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以400系列厚壁不锈钢管是完全铁素体厚壁不锈钢管，具有磁性。在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬厚壁不锈钢管的过程中，随着镍成分增加，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，这样就形成了300系列厚壁不锈钢管。如果仅添加一半数量的镍，就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体，这种结构被称为双相厚壁不锈钢管。

400系列厚壁不锈钢管是一种铁、碳合铬的合金。这种厚壁不锈钢管具有马氏体结构和铁元素，因此具有正常的磁特性。400系列厚壁不锈钢管具有很强的抗高温氧化能力，而且与碳钢相比，其物理特性和机械特性都有进一步的改善。大多数400系列厚壁不锈钢管都可以进行热处理。

300系列厚壁不锈钢管是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料，一种无磁性厚壁不锈钢管材料，比400系列厚壁不锈钢管具有更好的可锻特性。由于300系列厚壁不锈钢管的奥氏体结构，因此它在许多环境中具有很强的抗腐蚀性能，具有很好的抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能，而且其材料特性不受热处理的影响。

锰和氮可以代替铬镍厚壁不锈钢管中镍，厚壁不锈钢管中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀，钼和铜可以提高某些厚壁不锈钢管的耐腐蚀性能。