廣泛使用的不銹(xiu)鋼(gang)仍然是高鉻鋼，因此首先分析Fe-Cr二元平衡圖，然后討論碳對Fe-Cr相圖的影響。圖(tu)2.12為Fe-Cr二元平衡圖(tu)。Fe和(he)Cr的原子(zi)半(ban)徑尺寸相近（表2.1），Cr加入Fe中(zhong)后(hou)可以(yi)與(yu)α-Fe無限(xian)互溶。約在(zai)12％Cr和(he)1000℃時封閉y區(qu)，以(yi)后(hou)是α＋γ兩相區(qu)，當鉻含(han)量(liang)超過14％后(hou)，將得到α固(gu)溶體。需要指出，γ區(qu)和(he)α＋y區(qu)邊界的測定結果與(yu)所用原料的純度(du)有關(guan)，早期使用的原料不可能很(hen)純，所含(han)碳及氮較(jiao)高。圖(tu)2.12的y區(qu)和(he)α＋γ雙(shuang)相區(qu)邊界數據(ju)來自(zi)于文獻。
由圖2.27 Fe-Cr-C在(zai)700℃時的(de)平衡圖可以看出，隨Cr／C的(de)增加，鋼中先(xian)后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是縮小(xiao)Fe-C合金γ相區的(de)元素(su)，圖2.34可以顯(xian)示(shi)鉻縮小(xiao)y相區的(de)趨勢，當鉻含量(liang)為(wei)20％時，γ相區縮小(xiao)為(wei)一(yi)點(dian)。
碳(tan)(tan)(tan)能(neng)擴(kuo)大Fe-Cr平衡(heng)圖(tu)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)區，但(dan)其溶解度(du)極限卻隨鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)提高而減少(shao)。圖(tu)9.6表明，在碳(tan)(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)0.6％的(de)(de)Fe-Cr-C合(he)金(jin)中，鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)達18％時(shi)(shi)高溫下仍為(wei)(wei)(wei)單一(yi)的(de)(de)y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)范圍在18％～27％時(shi)(shi)，鋼(gang)在高溫時(shi)(shi)的(de)(de)組織(zhi)(zhi)為(wei)(wei)(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)高于27％時(shi)(shi)，鋼(gang)的(de)(de)組織(zhi)(zhi)將成為(wei)(wei)(wei)單一(yi)的(de)(de)α相(xiang)(xiang)，不可(ke)能(neng)產生馬氏(shi)體相(xiang)(xiang)變(bian)。碳(tan)(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)0.6％和鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)18％時(shi)(shi)，單一(yi)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)區最(zui)寬，如果繼(ji)續提高碳(tan)(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)，將生成碳(tan)(tan)(tan)化物相(xiang)(xiang)。
不(bu)銹鋼的鉻(ge)(ge)含量(liang)一般在12％以上(shang)，在Fe-Cr-C合金中，馬氏體(ti)鋼鉻(ge)(ge)含量(liang)為12％～18％，鐵素(su)體(ti)鋼鉻(ge)(ge)含量(liang)為15％～30％，這兩類(lei)鋼的鉻(ge)(ge)含量(liang)有重復(fu)的區域（15％～18％），至于(yu)屬于(yu)哪一類(lei)，取決于(yu)其碳含量(liang)。
含鉻的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)（y相）不穩定，只(zhi)存在于(yu)高溫(wen)區(qu)，緩冷時轉變為(wei)(wei)鐵素體(ti)(ti)（α相），急冷時可(ke)以(yi)轉變為(wei)(wei)馬氏(shi)體(ti)(ti)；加入碳之后(hou)，可(ke)以(yi)擴大y相區(qu)；速冷后(hou)，可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)部分殘(can)余奧氏(shi)體(ti)(ti)，但高碳的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)在冷卻過程(cheng)中(zhong)易于(yu)析出碳化鉻而降低基(ji)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)鉻含量，降低了鋼的(de)耐蝕(shi)性。
為了能在(zai)室溫(wen)獲得(de)穩定的(de)奧氏體，可(ke)在(zai)Fe-C中加入鎳和(he)錳，兩者都是擴大γ相區的(de)元素。圖2.5、圖2.7分別(bie)為Fe-Mn和(he)Fe-Ni的(de)平衡圖，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可(ke)生成無限互溶(rong)的(de)γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系在(zai)高溫的相(xiang)(xiang)(xiang)圖，可以看出，由于(yu)鎳的存在(zai)，在(zai)1100℃下，y相(xiang)(xiang)(xiang)區擴展(zhan)到較高的鉻含量，這種(zhong)(zhong)高溫穩(wen)定(ding)的γ相(xiang)(xiang)(xiang)急冷(leng)到室溫，形成如圖9.8所示的室溫下的各種(zhong)(zhong)亞穩(wen)相(xiang)(xiang)(xiang)及穩(wen)定(ding)相(xiang)(xiang)(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼中用錳完全代替鎳是有困難的。根據Fe-Cr-Mn三元相圖（圖9.9及圖9.10），當鉻含量大于15％時，錳含量的增加并不能避免α相的出現。為了節約鎳，在18Cr-8Ni 奧氏體不銹鋼中，可以用8％Mn代替其中的4％Ni。圖9.11為Fe-Cr-Ni-Mn相圖，可以看出，在Cr-Mn鋼中加入少量的氮可使獲得奧氏體組織所需的鎳含量大大減少。圖9.12也表明，在含18.5％Cr的鋼中，加入少量的氮可以顯著減少為獲得奧氏體所需的鎳含量。
合金元素對不銹鋼組織(zhi)的影(ying)響基本上可以(yi)分為兩(liang)大類(lei)：一類(lei)是擴大奧氏體區或穩(wen)定(ding)奧氏體的元素，它們(men)是碳、氮、鎳、錳(meng)、銅等；另一類是(shi)封閉或(huo)縮小奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)區形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，它們(men)是(shi)鉻(ge)、硅、鈦、鈮、鉬等。當這(zhe)兩類作(zuo)用(yong)不(bu)同的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)同時存(cun)在于(yu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中時，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)組(zu)織就(jiu)(jiu)取決于(yu)它們(men)互相作(zuo)用(yong)的(de)結果。如(ru)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在鋼(gang)中占優(you)勢，鋼(gang)的(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織就(jiu)(jiu)是(shi)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩(wen)定奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在鋼(gang)中占優(you)勢，鋼(gang)的(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織則為奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩(wen)定奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)作(zuo)用(yong)程(cheng)度還不(bu)足以(yi)(yi)使(shi)鋼(gang)的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變點（M3）降至(zhi)室溫以(yi)(yi)下(xia)，自高溫冷(leng)卻的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在高于(yu)室溫即轉(zhuan)變為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，這(zhe)樣(yang)鋼(gang)的(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織就(jiu)(jiu)是(shi)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。為了簡便起見(jian)，可把鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)折(zhe)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鉻(ge)的(de)作(zuo)用(yong)，把奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)折(zhe)合成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鎳的(de)作(zuo)用(yong)，而制成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鉻(ge)當量(liang)［Cr］。和鎳當量(liang)［Ni］eq圖，以(yi)(yi)表明鋼(gang)的(de)實際成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)分和所得到的(de)組(zu)織狀態，見(jian)圖9.13。該圖適用(yong)于(yu)從高溫快速冷(leng)卻的(de)Cr-Ni系不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，因而可以(yi)(yi)用(yong)來(lai)確定焊縫冷(leng)卻后的(de)組(zu)織。其中：
圖9.13雖不能十(shi)分確切(qie)地確定(ding)不銹鋼中(zhong)的(de)組織，但仍(reng)可以幫助了解(jie)穩定(ding)奧氏(shi)體元(yuan)(yuan)素(su)和鐵素(su)體形(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)對不銹鋼中(zhong)組織的(de)相對影響，粗略地分析一些(xie)具(ju)有(you)復雜化學成(cheng)(cheng)分的(de)不銹鋼組織。
圖(tu)9.14是從大(da)量Cr-Ni奧氏(shi)體不(bu)銹鋼的試驗數據中整理得到(dao)的，適(shi)用(yong)于1150℃熱加工后冷(leng)卻狀態的不(bu)銹鋼組織。該圖(tu)考慮了元素間(jian)的交(jiao)互作(zuo)用(yong)：
