廣泛使用的不銹(xiu)鋼仍然是高鉻鋼，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(yuan)平衡圖(tu)。Fe和(he)(he)Cr的原子半徑尺寸(cun)相近（表2.1），Cr加(jia)入Fe中(zhong)后(hou)可(ke)以(yi)與(yu)(yu)α-Fe無限互溶。約在12％Cr和(he)(he)1000℃時封閉y區(qu)，以(yi)后(hou)是(shi)α＋γ兩相區(qu)，當(dang)鉻(ge)含量超(chao)過14％后(hou)，將得到α固溶體。需要指出(chu)，γ區(qu)和(he)(he)α＋y區(qu)邊界的測定結(jie)果與(yu)(yu)所用原料的純度(du)有關，早期使用的原料不可(ke)能很純，所含碳(tan)及(ji)氮(dan)較高。圖(tu)2.12的y區(qu)和(he)(he)α＋γ雙相區(qu)邊界數(shu)據來自于文(wen)獻。
由(you)圖2.27 Fe-Cr-C在700℃時(shi)(shi)的(de)(de)平(ping)衡(heng)圖可以看出，隨Cr／C的(de)(de)增加，鋼中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和(he)（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是(shi)縮小(xiao)Fe-C合金(jin)γ相(xiang)區的(de)(de)元素(su)，圖2.34可以顯示鉻(ge)縮小(xiao)y相(xiang)區的(de)(de)趨勢，當鉻(ge)含量為20％時(shi)(shi)，γ相(xiang)區縮小(xiao)為一點。
碳能擴大(da)Fe-Cr平衡圖的γ相(xiang)(xiang)區(qu)，但其溶解(jie)度極限(xian)卻隨(sui)鉻含(han)量的提高(gao)而減(jian)少。圖9.6表明，在碳含(han)量為(wei)(wei)0.6％的Fe-Cr-C合金中，鉻含(han)量達18％時高(gao)溫下仍為(wei)(wei)單(dan)一的y相(xiang)(xiang)；鉻含(han)量范(fan)圍在18％～27％時，鋼在高(gao)溫時的組織為(wei)(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻含(han)量高(gao)于(yu)27％時，鋼的組織將(jiang)成(cheng)為(wei)(wei)單(dan)一的α相(xiang)(xiang)，不可能產生馬氏(shi)體相(xiang)(xiang)變。碳含(han)量為(wei)(wei)0.6％和鉻含(han)量為(wei)(wei)18％時，單(dan)一的γ相(xiang)(xiang)區(qu)最寬，如果繼續提高(gao)碳含(han)量，將(jiang)生成(cheng)碳化物(wu)相(xiang)(xiang)。
不銹鋼(gang)的鉻(ge)含量一般在12％以上，在Fe-Cr-C合(he)金中，馬氏體鋼(gang)鉻(ge)含量為(wei)12％～18％，鐵(tie)素體鋼(gang)鉻(ge)含量為(wei)15％～30％，這兩類鋼(gang)的鉻(ge)含量有重(zhong)復的區域（15％～18％），至(zhi)于屬于哪一類，取(qu)決于其碳含量。
含鉻(ge)的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)(ti)（y相(xiang)）不穩定(ding)，只存在(zai)于高溫區(qu)，緩冷(leng)時轉(zhuan)變為鐵素體(ti)(ti)(ti)（α相(xiang)），急冷(leng)時可以(yi)轉(zhuan)變為馬氏體(ti)(ti)(ti)；加入碳之后，可以(yi)擴(kuo)大y相(xiang)區(qu)；速冷(leng)后，可以(yi)獲得部分殘余奧氏體(ti)(ti)(ti)，但高碳的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)(ti)在(zai)冷(leng)卻過程中易于析(xi)出碳化鉻(ge)而降(jiang)低基體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)鉻(ge)含量(liang)，降(jiang)低了鋼的(de)(de)耐(nai)蝕性。
為(wei)了能在室溫獲得穩定的(de)奧氏體，可(ke)在Fe-C中加入(ru)鎳和(he)錳，兩(liang)者都是擴大γ相區(qu)的(de)元素(su)。圖2.5、圖2.7分別為(wei)Fe-Mn和(he)Fe-Ni的(de)平衡圖，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可(ke)生成無限互溶的(de)γ相區(qu)。
圖(tu)9.7為Fe-Cr-Ni三(san)元系在高溫的(de)(de)(de)(de)相(xiang)圖(tu)，可以看出(chu)，由于鎳(nie)的(de)(de)(de)(de)存在，在1100℃下，y相(xiang)區擴展到較高的(de)(de)(de)(de)鉻含量，這種高溫穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)急冷到室(shi)溫，形(xing)成(cheng)如圖(tu)9.8所示的(de)(de)(de)(de)室(shi)溫下的(de)(de)(de)(de)各種亞穩(wen)相(xiang)及穩(wen)定相(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體不銹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的影響(xiang)基本上可(ke)以分為兩大類：一類是(shi)擴大奧(ao)氏體區(qu)或(huo)穩(wen)定奧(ao)氏體的元素，它(ta)們是(shi)碳、氮、鎳、錳(meng)、銅等；另一類(lei)(lei)是(shi)(shi)(shi)封閉或縮小(xiao)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)區形成(cheng)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)，它(ta)們是(shi)(shi)(shi)鉻(ge)、硅、鈦、鈮、鉬等(deng)。當這兩類(lei)(lei)作(zuo)(zuo)用(yong)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)同(tong)時存在于不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)時，不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)就(jiu)(jiu)取(qu)決于它(ta)們互(hu)相作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)結果。如(ru)形成(cheng)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)在鋼(gang)中(zhong)占優勢(shi)，鋼(gang)的(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)(shi)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)在鋼(gang)中(zhong)占優勢(shi)，鋼(gang)的(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)則(ze)為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)程(cheng)度還(huan)不(bu)(bu)足以使鋼(gang)的(de)(de)馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變點（M3）降至(zhi)室溫(wen)(wen)以下，自高溫(wen)(wen)冷卻(que)(que)的(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)在高于室溫(wen)(wen)即轉變為(wei)馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，這樣鋼(gang)的(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)(shi)馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。為(wei)了簡便(bian)起見，可把(ba)(ba)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)折合成(cheng)鉻(ge)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，把(ba)(ba)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)折合成(cheng)鎳的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，而制成(cheng)鉻(ge)當量［Cr］。和(he)鎳當量［Ni］eq圖(tu)(tu)，以表(biao)明鋼(gang)的(de)(de)實際成(cheng)分和(he)所得到(dao)的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)狀態，見圖(tu)(tu)9.13。該圖(tu)(tu)適用(yong)于從高溫(wen)(wen)快速冷卻(que)(que)的(de)(de)Cr-Ni系不(bu)(bu)銹鋼(gang)，因而可以用(yong)來確定(ding)焊縫冷卻(que)(que)后(hou)的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)。其(qi)中(zhong)：
圖9.13雖不能(neng)十分(fen)確(que)切地(di)確(que)定(ding)不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)組(zu)織，但仍可以幫助了解穩(wen)定(ding)奧氏體元(yuan)素(su)和(he)鐵素(su)體形成元(yuan)素(su)對不銹(xiu)鋼(gang)中組(zu)織的(de)相(xiang)對影響，粗略(lve)地(di)分(fen)析一些具(ju)有復雜化學成分(fen)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)組(zu)織。
圖(tu)9.14是從(cong)大量Cr-Ni奧氏體不(bu)銹鋼(gang)的試驗數據(ju)中整理得到(dao)的，適用(yong)于1150℃熱加工后冷卻狀態的不(bu)銹鋼(gang)組織。該圖(tu)考慮了(le)元素間的交互作用(yong)：
