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)(tu)2.12為Fe-Cr二元平衡圖(tu)(tu)。Fe和Cr的原(yuan)子(zi)半徑尺(chi)寸(cun)相近（表2.1），Cr加入(ru)Fe中后(hou)(hou)可(ke)以與α-Fe無限互溶(rong)。約在12％Cr和1000℃時封(feng)閉y區，以后(hou)(hou)是(shi)α＋γ兩相區，當鉻含(han)量超(chao)過14％后(hou)(hou)，將得到α固溶(rong)體。需要指出，γ區和α＋y區邊(bian)界(jie)的測定結果與所(suo)用原(yuan)料(liao)的純度有關，早期使用的原(yuan)料(liao)不(bu)可(ke)能很純，所(suo)含(han)碳及氮(dan)較高。圖(tu)(tu)2.12的y區和α＋γ雙相區邊(bian)界(jie)數據來自(zi)于文(wen)獻(xian)。
由(you)圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時的(de)平衡圖(tu)可以(yi)(yi)看出，隨Cr／C的(de)增加，鋼(gang)中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和(he)（Fe，Cr）23C6。鉻是(shi)縮小(xiao)(xiao)Fe-C合金γ相區的(de)元素，圖(tu)2.34可以(yi)(yi)顯(xian)示鉻縮小(xiao)(xiao)y相區的(de)趨勢，當鉻含量為(wei)(wei)20％時，γ相區縮小(xiao)(xiao)為(wei)(wei)一點(dian)。
碳能擴大Fe-Cr平衡圖(tu)的γ相(xiang)(xiang)區，但其(qi)溶(rong)解度極限卻隨鉻(ge)含(han)量(liang)的提(ti)高而(er)減少。圖(tu)9.6表明，在碳含(han)量(liang)為(wei)0.6％的Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)含(han)量(liang)達18％時高溫(wen)下仍為(wei)單一的y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)量(liang)范圍在18％～27％時，鋼在高溫(wen)時的組織(zhi)為(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)量(liang)高于(yu)27％時，鋼的組織(zhi)將成(cheng)為(wei)單一的α相(xiang)(xiang)，不可能產生馬氏體相(xiang)(xiang)變。碳含(han)量(liang)為(wei)0.6％和(he)鉻(ge)含(han)量(liang)為(wei)18％時，單一的γ相(xiang)(xiang)區最寬，如(ru)果繼續(xu)提(ti)高碳含(han)量(liang)，將生成(cheng)碳化物(wu)相(xiang)(xiang)。
不(bu)銹鋼的(de)鉻含量(liang)一(yi)般在(zai)12％以上，在(zai)Fe-Cr-C合金中(zhong)，馬氏體鋼鉻含量(liang)為(wei)12％～18％，鐵素體鋼鉻含量(liang)為(wei)15％～30％，這兩類(lei)鋼的(de)鉻含量(liang)有重復的(de)區(qu)域（15％～18％），至(zhi)于(yu)屬(shu)于(yu)哪(na)一(yi)類(lei)，取決于(yu)其碳含量(liang)。
含鉻的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)（y相(xiang)(xiang)）不穩定，只(zhi)存在(zai)于高溫(wen)區，緩冷(leng)(leng)時轉變(bian)為鐵素體(ti)(ti)(ti)（α相(xiang)(xiang)），急(ji)冷(leng)(leng)時可以轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)；加入碳之后(hou)，可以擴大y相(xiang)(xiang)區；速冷(leng)(leng)后(hou)，可以獲得部分(fen)殘余(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，但高碳的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)在(zai)冷(leng)(leng)卻過程中(zhong)易于析出碳化鉻而降低基(ji)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)的(de)鉻含量，降低了鋼的(de)耐蝕性。
為了能在(zai)室溫獲(huo)得穩定的奧氏體(ti)，可(ke)(ke)在(zai)Fe-C中加入(ru)鎳和錳，兩者都是擴大γ相(xiang)區的元素。圖2.5、圖2.7分別(bie)為Fe-Mn和Fe-Ni的平(ping)衡圖，Fe-Mn和Fe-Ni均可(ke)(ke)生(sheng)成無限互溶的γ相(xiang)區。
圖(tu)(tu)9.7為(wei)Fe-Cr-Ni三(san)元系在(zai)高(gao)溫的相(xiang)圖(tu)(tu)，可以看出，由于鎳的存在(zai)，在(zai)1100℃下，y相(xiang)區擴(kuo)展(zhan)到較高(gao)的鉻(ge)含量，這(zhe)種(zhong)高(gao)溫穩(wen)定的γ相(xiang)急冷到室溫，形成如圖(tu)(tu)9.8所示的室溫下的各種(zhong)亞(ya)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(bu)銹鋼(gang)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基(ji)本上(shang)可以分為兩(liang)大(da)類(lei)(lei)：一類(lei)(lei)是擴大(da)奧氏體(ti)區(qu)或穩定奧氏體(ti)的元素，它(ta)們是碳、氮、鎳、錳、銅等；另一類是(shi)封閉或縮小奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)區形(xing)成鐵(tie)素(su)(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，它們是(shi)鉻(ge)、硅(gui)、鈦、鈮、鉬等。當這兩類作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)同(tong)時存在(zai)(zai)于(yu)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中時，不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)就(jiu)取決于(yu)它們互相作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)結果。如形(xing)成鐵(tie)素(su)(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)中占優(you)勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)體(ti)組(zu)織(zhi)就(jiu)是(shi)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)；如穩(wen)定奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)中占優(you)勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)體(ti)組(zu)織(zhi)則為奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)；如穩(wen)定奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)程度還不足(zu)以(yi)使鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)轉變(bian)點（M3）降至室溫以(yi)下，自(zi)高溫冷卻的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)在(zai)(zai)高于(yu)室溫即(ji)轉變(bian)為馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)，這樣鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)體(ti)組(zu)織(zhi)就(jiu)是(shi)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)。為了簡便起見(jian)，可(ke)把(ba)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)形(xing)成元(yuan)素(su)(su)折合成鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，把(ba)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)形(xing)成元(yuan)素(su)(su)折合成鎳的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)，而(er)(er)制成鉻(ge)當量(liang)［Cr］。和鎳當量(liang)［Ni］eq圖，以(yi)表明鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)實際成分和所得到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)狀(zhuang)態，見(jian)圖9.13。該圖適用(yong)(yong)(yong)于(yu)從高溫快速冷卻的(de)(de)(de)(de)(de)Cr-Ni系(xi)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，因而(er)(er)可(ke)以(yi)用(yong)(yong)(yong)來確定焊(han)縫冷卻后的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)。其中：
圖(tu)9.13雖(sui)不(bu)能十分(fen)確(que)切地確(que)定不(bu)銹鋼中的組織，但仍可(ke)以幫助(zhu)了解穩(wen)定奧氏(shi)體元(yuan)素(su)和鐵素(su)體形(xing)成(cheng)元(yuan)素(su)對不(bu)銹鋼中組織的相(xiang)對影響，粗略地分(fen)析一些具(ju)有復(fu)雜化(hua)學成(cheng)分(fen)的不(bu)銹鋼組織。
圖9.14是(shi)從大量(liang)Cr-Ni奧氏體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)試驗數據中整理得到(dao)的(de)(de)，適用于1150℃熱加工后冷(leng)卻(que)狀(zhuang)態的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)組織。該圖考慮了元(yuan)素(su)間的(de)(de)交互作用：
