镍在不锈钢中的主要作用是改变钢的晶体结构。不锈钢中加入镍的主要原因之一是形成奥氏体晶体结构，从而改善不锈钢的塑性、焊接性和韧性等性能，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素体，它具有体心立方(BCC)结构。加入镍促进晶体结构由BCC结构向FCC结构转变，称为奥氏体。然而，镍并不是唯一具有这种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有:镍、碳、氮、锰和铜。这些元素在形成奥氏体中的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。

目前已经发展出许多公式来表示奥氏体形成元素的相对重要性，其中最著名的是以下公式:奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%。从这个方程式可以看出，碳是一种很强的奥氏体形成元素，它的奥氏体形成能力是镍的30倍，但它不能加到耐腐蚀的不锈钢中，因为它会氮形成奥氏体的能力是镍的30倍，但它是一种气体。如果想避免多孔，只能在不锈钢中加入有限量的氮气。锰和铜的加入将导致耐火材料寿命的降低和炼钢过程中的焊接问题。从镍方程式可以看出，加入锰对奥氏体形成的作用不是很大，但加入锰可以使更多的氮溶解在不锈钢中，氮是一种很强的奥氏体形成元素。在200系不锈钢中，锰和氮刚好可以代替镍形成100%的奥氏体组织。镍的含量越低，加入的锰和氮的量就越高。例如，201型不锈钢只含有4.5%的镍和0.25%的氮。从镍方程式可以看出，这些氮在奥氏体形成能力上相当于7.5%的镍，所以也可以形成100%的奥氏体组织。这也是200系列不锈钢的形成原理。在一些不合格的200系列不锈钢中，由于无法加入足够的锰和氮，为了形成100%的奥氏体组织，人为减少铬的加入量，必然导致不锈钢的耐蚀性下降。

在不锈钢中，有两种相反的力同时作用:形成铁素体的元素不断形成铁素体，形成奥氏体的元素不断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两种添加元素的相对量。铬是铁素体形成元素，所以在不锈钢晶体结构的形成中，铬与奥氏体形成元素之间存在竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以400系列不锈钢是一种具有磁性的完全铁素体不锈钢。在铁铬不锈钢中加入奥氏体形成元素Ni的过程中，随着Ni成分的增加，形成的奥氏体会逐渐增多，直至所有铁素体组织转变为奥氏体组织，从而形成300系不锈钢。如果只加入一半量的镍，就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体。这种结构被称为双相不锈钢。400系列不锈钢是铁、碳和铬的合金。这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素，因此具有正常的磁性。400系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力，物理机械性能比碳钢进一步提高。大多数400系列不锈钢可以进行热处理。300系列不锈钢是一种含铁、碳、镍、铬的合金材料，是一种非磁性不锈钢材料，比400系列不锈钢具有更好的延展性。由于300系列不锈钢的奥氏体结构，在许多环境中具有很强的耐腐蚀性，对金属过应力引起的腐蚀而导致的断裂具有良好的抵抗能力，其材料特性不受热处理的影响。