廣泛使用的不(bu)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2.12為Fe-Cr二元(yuan)平衡圖。Fe和(he)Cr的原子(zi)半徑尺寸相近(jin)（表2.1），Cr加(jia)入Fe中后可以(yi)與(yu)α-Fe無限互溶(rong)。約(yue)在12％Cr和(he)1000℃時封閉y區(qu)(qu)(qu)，以(yi)后是α＋γ兩相區(qu)(qu)(qu)，當鉻含(han)量超過(guo)14％后，將得到α固溶(rong)體。需要(yao)指出(chu)，γ區(qu)(qu)(qu)和(he)α＋y區(qu)(qu)(qu)邊界的測(ce)定結果與(yu)所(suo)用原料的純(chun)度有關，早期使用的原料不(bu)可能很純(chun)，所(suo)含(han)碳及氮較高。圖2.12的y區(qu)(qu)(qu)和(he)α＋γ雙相區(qu)(qu)(qu)邊界數據來自于文獻。
由圖2.27 Fe-Cr-C在700℃時(shi)的(de)平衡(heng)圖可以看出(chu)，隨Cr／C的(de)增(zeng)加(jia)，鋼中(zhong)先后生(sheng)成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)(ge)是縮(suo)(suo)小(xiao)Fe-C合金γ相區的(de)元素，圖2.34可以顯(xian)示鉻(ge)(ge)縮(suo)(suo)小(xiao)y相區的(de)趨勢，當鉻(ge)(ge)含量(liang)為(wei)(wei)20％時(shi)，γ相區縮(suo)(suo)小(xiao)為(wei)(wei)一點。
碳(tan)能擴(kuo)大Fe-Cr平衡圖的γ相(xiang)(xiang)區，但其溶解度極限卻隨鉻(ge)含(han)(han)(han)(han)量的提高而(er)減(jian)少。圖9.6表(biao)明，在(zai)(zai)碳(tan)含(han)(han)(han)(han)量為(wei)0.6％的Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)含(han)(han)(han)(han)量達18％時(shi)高溫下仍為(wei)單一的y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)(han)(han)(han)量范(fan)圍在(zai)(zai)18％～27％時(shi)，鋼在(zai)(zai)高溫時(shi)的組織(zhi)為(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)(han)(han)(han)量高于27％時(shi)，鋼的組織(zhi)將成為(wei)單一的α相(xiang)(xiang)，不可能產生(sheng)馬氏(shi)體相(xiang)(xiang)變(bian)。碳(tan)含(han)(han)(han)(han)量為(wei)0.6％和(he)鉻(ge)含(han)(han)(han)(han)量為(wei)18％時(shi)，單一的γ相(xiang)(xiang)區最寬，如果繼續提高碳(tan)含(han)(han)(han)(han)量，將生(sheng)成碳(tan)化(hua)物相(xiang)(xiang)。
不銹(xiu)鋼(gang)的鉻含量(liang)一(yi)般在12％以上，在Fe-Cr-C合金中，馬氏體鋼(gang)鉻含量(liang)為12％～18％，鐵(tie)素體鋼(gang)鉻含量(liang)為15％～30％，這兩類鋼(gang)的鉻含量(liang)有重復(fu)的區域（15％～18％），至(zhi)于(yu)屬于(yu)哪一(yi)類，取(qu)決于(yu)其碳含量(liang)。
含(han)鉻的奧(ao)氏(shi)體(ti)（y相(xiang)）不穩定，只存在于(yu)高(gao)溫區(qu)，緩冷(leng)時(shi)轉(zhuan)變(bian)為(wei)鐵素體(ti)（α相(xiang)），急冷(leng)時(shi)可以(yi)轉(zhuan)變(bian)為(wei)馬氏(shi)體(ti)；加入碳之后，可以(yi)擴大y相(xiang)區(qu)；速冷(leng)后，可以(yi)獲(huo)得部分(fen)殘余奧(ao)氏(shi)體(ti)，但高(gao)碳的奧(ao)氏(shi)體(ti)在冷(leng)卻過程中易于(yu)析出碳化鉻而降(jiang)低(di)基體(ti)中的鉻含(han)量，降(jiang)低(di)了(le)鋼的耐蝕性(xing)。
為了能在(zai)室溫獲得(de)穩定的(de)奧氏體(ti)，可(ke)在(zai)Fe-C中加入鎳(nie)和(he)錳，兩者都是(shi)擴大γ相區的(de)元素。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分別為Fe-Mn和(he)Fe-Ni的(de)平(ping)衡圖(tu)，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可(ke)生成無(wu)限互溶的(de)γ相區。
圖(tu)9.7為Fe-Cr-Ni三(san)元系在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)的(de)(de)相(xiang)(xiang)圖(tu)，可以看出，由于鎳的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)，在(zai)(zai)1100℃下，y相(xiang)(xiang)區擴展到(dao)較(jiao)高(gao)的(de)(de)鉻含量，這種(zhong)高(gao)溫(wen)穩(wen)(wen)定的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)急冷到(dao)室溫(wen)，形成如圖(tu)9.8所(suo)示的(de)(de)室溫(wen)下的(de)(de)各種(zhong)亞穩(wen)(wen)相(xiang)(xiang)及穩(wen)(wen)定相(xiang)(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧(ao)氏體不(bu)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(yuan)素(su)對不(bu)銹(xiu)鋼組(zu)織的影響(xiang)基本(ben)上可以分為(wei)兩大(da)(da)類：一(yi)類是擴大(da)(da)奧氏體區或穩定奧氏體的元(yuan)素(su)，它們是碳、氮、鎳、錳、銅等；另一(yi)類是封閉或縮(suo)小奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)區形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，它們(men)是鉻(ge)、硅、鈦、鈮、鉬等。當這兩類作用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)同時存在(zai)于不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)時，不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)就取(qu)決于它們(men)互相作用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果。如(ru)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在(zai)鋼(gang)中(zhong)占優勢，鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)就是鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在(zai)鋼(gang)中(zhong)占優勢，鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)則為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)程度還不(bu)足以使鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變點(dian)（M3）降(jiang)至室溫(wen)以下，自(zi)高(gao)溫(wen)冷(leng)卻的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)在(zai)高(gao)于室溫(wen)即轉變為(wei)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，這樣鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)就是馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。為(wei)了簡便起見，可把(ba)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)(su)折合(he)成(cheng)(cheng)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，把(ba)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)(su)折合(he)成(cheng)(cheng)鎳(nie)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，而制成(cheng)(cheng)鉻(ge)當量［Cr］。和鎳(nie)當量［Ni］eq圖(tu)，以表明鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)實際成(cheng)(cheng)分和所得(de)到的(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)狀態(tai)，見圖(tu)9.13。該圖(tu)適用(yong)于從高(gao)溫(wen)快速(su)冷(leng)卻的(de)(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹鋼(gang)，因而可以用(yong)來確(que)定(ding)焊縫冷(leng)卻后的(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)。其中(zhong)：
圖9.13雖不能十(shi)分確切地確定不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)組(zu)織(zhi)，但仍可以幫助(zhu)了解穩定奧氏體(ti)元素(su)(su)和鐵素(su)(su)體(ti)形(xing)成(cheng)元素(su)(su)對(dui)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)組(zu)織(zhi)的(de)(de)相對(dui)影(ying)響，粗略地分析一些具有復雜化(hua)學成(cheng)分的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)組(zu)織(zhi)。
圖9.14是(shi)從大量(liang)Cr-Ni奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的試驗數(shu)據中整理(li)得到的，適用于1150℃熱加工后冷(leng)卻狀態的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)。該圖考慮(lv)了元素間的交互作用：
