廣泛使用的不銹鋼仍然是高鉻鋼，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二元平衡(heng)圖(tu)。Fe和Cr的(de)原(yuan)子半徑(jing)尺寸相(xiang)近(jin)（表2.1），Cr加入Fe中后(hou)可以與α-Fe無限互溶(rong)(rong)。約(yue)在12％Cr和1000℃時封閉y區(qu)(qu)，以后(hou)是α＋γ兩相(xiang)區(qu)(qu)，當鉻含量超過14％后(hou)，將得到α固溶(rong)(rong)體。需(xu)要指出，γ區(qu)(qu)和α＋y區(qu)(qu)邊界的(de)測定(ding)結果與所用(yong)原(yuan)料(liao)的(de)純(chun)度有關，早(zao)期使用(yong)的(de)原(yuan)料(liao)不可能(neng)很純(chun)，所含碳及(ji)氮較高(gao)。圖(tu)2.12的(de)y區(qu)(qu)和α＋γ雙相(xiang)區(qu)(qu)邊界數據來自于文獻。
由圖2.27 Fe-Cr-C在700℃時的(de)平衡圖可(ke)以(yi)看出，隨Cr／C的(de)增加，鋼中先后生成(cheng)（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是縮(suo)小Fe-C合金γ相區(qu)的(de)元素，圖2.34可(ke)以(yi)顯示鉻(ge)縮(suo)小y相區(qu)的(de)趨勢(shi)，當(dang)鉻(ge)含量為20％時，γ相區(qu)縮(suo)小為一(yi)點。
碳(tan)能擴(kuo)大(da)Fe-Cr平衡圖(tu)(tu)的γ相區(qu)，但其(qi)溶解(jie)度極限卻隨鉻含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的提高(gao)(gao)而減少(shao)。圖(tu)(tu)9.6表明，在(zai)碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)0.6％的Fe-Cr-C合(he)金中，鉻含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)達(da)18％時(shi)(shi)(shi)(shi)高(gao)(gao)溫下仍為(wei)(wei)單一(yi)的y相；鉻含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)范(fan)圍在(zai)18％～27％時(shi)(shi)(shi)(shi)，鋼(gang)在(zai)高(gao)(gao)溫時(shi)(shi)(shi)(shi)的組織為(wei)(wei)a＋y相；鉻含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)高(gao)(gao)于27％時(shi)(shi)(shi)(shi)，鋼(gang)的組織將成(cheng)為(wei)(wei)單一(yi)的α相，不可能產生馬氏體相變。碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)0.6％和鉻含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)18％時(shi)(shi)(shi)(shi)，單一(yi)的γ相區(qu)最寬，如(ru)果(guo)繼續提高(gao)(gao)碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)，將生成(cheng)碳(tan)化物相。
不銹鋼(gang)的(de)(de)鉻含(han)(han)(han)量(liang)一般在12％以上，在Fe-Cr-C合金(jin)中，馬氏體鋼(gang)鉻含(han)(han)(han)量(liang)為12％～18％，鐵素體鋼(gang)鉻含(han)(han)(han)量(liang)為15％～30％，這兩類鋼(gang)的(de)(de)鉻含(han)(han)(han)量(liang)有重復的(de)(de)區域（15％～18％），至于屬于哪一類，取決于其碳含(han)(han)(han)量(liang)。
含鉻(ge)的(de)(de)奧氏(shi)體（y相）不穩定，只存(cun)在于高溫區，緩冷(leng)(leng)時(shi)轉變為鐵素體（α相），急冷(leng)(leng)時(shi)可以(yi)(yi)轉變為馬氏(shi)體；加入碳之后，可以(yi)(yi)擴大y相區；速冷(leng)(leng)后，可以(yi)(yi)獲得部(bu)分殘(can)余奧氏(shi)體，但高碳的(de)(de)奧氏(shi)體在冷(leng)(leng)卻過(guo)程中易于析出碳化(hua)鉻(ge)而(er)降低基(ji)體中的(de)(de)鉻(ge)含量(liang)，降低了鋼(gang)的(de)(de)耐蝕性。
為(wei)(wei)了(le)能在室(shi)溫獲得穩(wen)定的奧氏體，可在Fe-C中(zhong)加入鎳和(he)錳(meng)，兩者都是擴(kuo)大γ相區(qu)的元(yuan)素。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分別為(wei)(wei)Fe-Mn和(he)Fe-Ni的平衡(heng)圖(tu)，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均(jun)可生成(cheng)無限互溶的γ相區(qu)。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系在(zai)(zai)高(gao)溫的(de)相(xiang)圖，可以看出，由(you)于(yu)鎳的(de)存在(zai)(zai)，在(zai)(zai)1100℃下(xia)，y相(xiang)區擴(kuo)展(zhan)到較高(gao)的(de)鉻含(han)量，這種(zhong)高(gao)溫穩定(ding)的(de)γ相(xiang)急冷到室溫，形(xing)成如圖9.8所示的(de)室溫下(xia)的(de)各(ge)種(zhong)亞(ya)穩相(xiang)及穩定(ding)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(dui)不銹鋼組(zu)織(zhi)的(de)影響基本(ben)上可以分為兩大類(lei)：一(yi)類(lei)是擴大奧(ao)氏(shi)體(ti)區或穩定奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)元素，它們(men)是碳、氮、鎳、錳(meng)、銅等；另一(yi)類是封閉或縮小奧(ao)氏(shi)體(ti)區(qu)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，它們(men)是鉻、硅、鈦、鈮、鉬等。當(dang)(dang)這(zhe)兩(liang)類作(zuo)用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)同時存在(zai)于不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中時，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)就取決于它們(men)互相(xiang)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果。如形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)就是鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)；如穩定奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)則為奧(ao)氏(shi)體(ti)；如穩定奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)程度(du)還不(bu)足以(yi)使鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)轉變(bian)點（M3）降至(zhi)室溫(wen)以(yi)下，自高(gao)溫(wen)冷卻的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)在(zai)高(gao)于室溫(wen)即轉變(bian)為馬(ma)氏(shi)體(ti)，這(zhe)樣鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)就是馬(ma)氏(shi)體(ti)。為了簡便起見，可(ke)把鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)折合(he)成(cheng)(cheng)鉻的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，把奧(ao)氏(shi)體(ti)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)折合(he)成(cheng)(cheng)鎳的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，而制成(cheng)(cheng)鉻當(dang)(dang)量(liang)［Cr］。和鎳當(dang)(dang)量(liang)［Ni］eq圖，以(yi)表明鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)實際(ji)成(cheng)(cheng)分和所(suo)得到的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)狀態，見圖9.13。該圖適用(yong)于從高(gao)溫(wen)快(kuai)速冷卻的(de)(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，因(yin)而可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)確定焊縫冷卻后的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)。其中：
圖9.13雖不能(neng)十分(fen)確(que)切地(di)確(que)定不銹鋼(gang)中的(de)(de)(de)組織(zhi)，但(dan)仍可以幫助了解穩定奧氏體元(yuan)素(su)和鐵素(su)體形(xing)成元(yuan)素(su)對(dui)(dui)不銹鋼(gang)中組織(zhi)的(de)(de)(de)相對(dui)(dui)影響，粗略地(di)分(fen)析一些(xie)具有復雜化學成分(fen)的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)組織(zhi)。
圖9.14是從大量(liang)Cr-Ni奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼的試驗數(shu)據(ju)中(zhong)整理得(de)到的，適用(yong)于1150℃熱加工后冷卻狀態的不銹(xiu)鋼組織(zhi)。該圖考慮了元素間(jian)的交互作用(yong)：
