下面介紹不銹鋼(gang)中主要合金元素鉻（Cr）、鎳（Ni）、硅（Si）、錳（Mn）、鉬（Mo）、銅（Cu）、鋁（Al）、氮（N）、鈦（Ti）、鈮（Nb）和碳（C）等元素對不銹鋼組織和性能的影響。
1. 鉻(ge)、硅(gui)、鋁對(dui)不(bu)銹鋼(gang)組(zu)織和性能(neng)的(de)影響
鉻、硅、鋁是形成鐵素體的元素，是不銹鋼獲得耐腐蝕性能的主要合金元素。鉻是不銹鋼最主要的合金元素。鉻還是很強的鐵素體形成元素，當含鉻量超過12.7％時，鐵鉻合金完全變成單相組織。更重要的是，鉻能在鋼的表面生成一種與基體組織牢固結合的（FeCr）2O3致密的氧化膜，起強烈的鈍化作用；鉻又能提高鋼在電介質中的電極電位，從而使鋼的化學穩定性得到提高。由于以上原因，不銹鋼多為高鉻鋼，含鉻量都在13％以上。硅和鋁同樣能使鋼在氧化性介質中生成致密的保護膜，其中鋁的作用比鉻還強烈。在奧氏體型耐熱鋼中，這些元素均能提高其抗氧化性。在18-8型不銹鋼中，當硅的質量分數從0.4％提高到2.4％時，鋼在980℃時抗氧化性能提高22倍。如果硅含量過高，會嚴重惡化穩定奧氏體型鋼的焊接性，故必須嚴格控制硅在鋼中的含量。鋁在沉淀硬化型不銹鋼中，可以提高其室溫和高溫的強度。
2. 鎳對不銹鋼組織和性(xing)能的影(ying)響
鎳(nie)是擴大(da)奧(ao)氏(shi)體區(qu)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素，在(zai)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中多(duo)與鉻配合(he)，以(yi)獲得(de)奧(ao)氏(shi)體-鐵(tie)素體雙相組(zu)織(zhi)或(huo)單相奧(ao)氏(shi)體組(zu)織(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具有更好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)和良好的(de)(de)(de)(de)成(cheng)形性(xing)(xing)能(neng)(neng)及(ji)焊接(jie)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)使合(he)金(jin)(jin)表面鈍化，擴大(da)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)酸中的(de)(de)(de)(de)鈍化范圍，但(dan)不(bu)能(neng)(neng)改善其對稀(xi)硝酸的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)。它能(neng)(neng)提(ti)高(gao)(gao)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)抗硫酸、鹽酸等腐蝕(shi)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，是耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素。如(ru)果單獨使用鎳(nie)作為(wei)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素，其質(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)要(yao)高(gao)(gao)達24％才能(neng)(neng)得(de)到(dao)全奧(ao)氏(shi)體組(zu)織(zhi)，而(er)在(zai)低碳鉻不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)(de)基礎上，加(jia)入質(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)為(wei)9％的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)，即可獲得(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)好、綜合(he)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)好的(de)(de)(de)(de)室溫(wen)下穩定的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體組(zu)織(zhi)，既能(neng)(neng)滿(man)足鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)要(yao)求，又能(neng)(neng)提(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)強(qiang)度和抗氧化性(xing)(xing)能(neng)(neng)，成(cheng)為(wei)一(yi)種具有良好綜合(he)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬(mu)和銅對不銹鋼組織和性能的(de)影(ying)響
鉬是形成鐵素體的元素。在鉻不銹鋼中加入鉬，可以提高鋼在非氧化性介質中的穩定性。它的獨特之處是能抵抗氯離子（Cl-）產生的點腐蝕；同時也能提高奧氏體型鋼的熱強性，改善奧氏體鋼短時塑性和持久塑性。對焊接有利。但是鉬的加入將會縮小鋼中奧氏體相區，使奧氏體型不銹鋼中出現鐵素體相。為此，在含鉬的單相奧氏體不銹鋼中，相應的奧氏體形成元素（如鎳、錳、氮等）的含量應略有增加，目的是維持其全奧氏體組織。對于雙相不銹鋼，鉬促成鐵素體、對提高耐點腐蝕性能和提高抗應力腐蝕性能都是有益的。但鉬含量多則會降低奧氏體型不銹鋼的韌性。
銅(tong)可(ke)以提(ti)(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)對(dui)非氧化(hua)性介(jie)質的(de)抗蝕(shi)能力，進一步擴大鋼(gang)(gang)的(de)穩定性范圍。在鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)加入銅(tong)能促(cu)使鋼(gang)(gang)產生彌散硬化(hua)組織，提(ti)(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)的(de)熱強(qiang)性。與鉬配合使用，可(ke)進一步提(ti)(ti)高(gao)(gao)鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在稀硫(liu)酸中(zhong)的(de)耐蝕(shi)性能。列人我國(guo)國(guo)家標準的(de)牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和(he)(he)氮(dan)對(dui)不銹鋼組織和(he)(he)性(xing)能的影(ying)響
錳(meng)和(he)氮(dan)，它(ta)們(men)(men)都是促進奧(ao)(ao)氏(shi)體形成(cheng)的(de)元素，其中(zhong)氮(dan)比(bi)錳(meng)的(de)作用(yong)(yong)更(geng)為強烈。為了節(jie)省昂(ang)貴的(de)鎳(nie)的(de)用(yong)(yong)量，可用(yong)(yong)它(ta)們(men)(men)替代奧(ao)(ao)氏(shi)體型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)一(yi)部分鎳(nie)。錳(meng)和(he)氮(dan)能大大提高鉻不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在有機(ji)酸中(zhong)的(de)耐蝕性。
這類鋼列人我國(guo)國(guo)家標準的(de)牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含(han)(han)量過高時，對含(han)(han)鉻量較低的(de)不銹鋼的(de)耐蝕性(xing)不利，還會(hui)使鑄鋼件產生氣孔(kong)，同時增加材料或(huo)接頭的(de)硬度，給冷加工帶來困難。氮(dan)(dan)與碳共同作用(yong)能(neng)提高奧氏體(ti)型鋼的(de)熱強(qiang)性(xing)，氮(dan)(dan)的(de)強(qiang)化(hua)作用(yong)在于時效(xiao)過程中(zhong)形成氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)和碳氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)。
氮對雙相(xiang)不銹鋼有重要作用：在(zai)焊接(jie)接(jie)頭熱影響區快速(su)冷卻時(shi)，氮促進了高(gao)(gao)溫下形(xing)成的(de)(de)鐵素體逆轉變為足(zu)夠的(de)(de)二次奧氏(shi)體以維持必(bi)要的(de)(de)相(xiang)平(ping)衡，提(ti)高(gao)(gao)了接(jie)頭的(de)(de)耐蝕性(xing)；氮可(ke)以提(ti)高(gao)(gao)富(fu)氮奧氏(shi)體相(xiang)的(de)(de)耐孔(kong)蝕能(neng)力，與富(fu)鉻、鉬的(de)(de)鐵素體相(xiang)取得平(ping)衡，提(ti)高(gao)(gao)了材料整體的(de)(de)耐孔(kong)蝕性(xing)能(neng)；氮能(neng)減輕鉻、鎳等元素在(zai)兩相(xiang)中分布的(de)(de)差(cha)異，降低選擇(ze)腐蝕的(de)(de)傾向性(xing)。
5. 鈦和(he)(he)鈮(ni)對不銹鋼組織和(he)(he)性能的影響
鈦和鈮，它(ta)們與碳(tan)(tan)的親和力比鉻(ge)大，能優先形成穩定碳(tan)(tan)化(hua)物，減輕晶間腐(fu)蝕傾向(xiang)。
在(zai)鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)加入(ru)量(liang)(liang)大于(yu)(yu)碳含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)5倍，或(huo)者鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)加入(ru)量(liang)(liang)大于(yu)(yu)碳含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍時，可以使絕大部分的(de)(de)(de)(de)碳存在(zai)于(yu)(yu)鈦或(huo)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)碳化物之中(zhong)(zhong)，因(yin)而(er)使固(gu)溶(rong)碳的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分數降到(dao)0.03％以下(xia)，這就能(neng)保(bao)證鉻在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效固(gu)溶(rong)濃度。由于(yu)(yu)鉻在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效固(gu)溶(rong)濃度得到(dao)保(bao)證、從而(er)改善鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間(jian)腐(fu)蝕能(neng)力。鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分數達到(dao)0.5％～2.0％，既能(neng)提高奧(ao)(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強(qiang)性，又(you)能(neng)提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久塑性。鈮(ni)在(zai)含碳量(liang)(liang)較低的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)會促(cu)進近(jin)縫(feng)區(qu)和焊縫(feng)金屬(shu)產生(sheng)裂紋，在(zai)鉻鎳奧(ao)(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分數應控制(zhi)在(zai)1.0％范圍內(nei)。這類鋼(gang)(gang)列入(ru)我(wo)國國家標(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)(de)牌號(hao)很多(duo)，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對(dui)不(bu)銹鋼(gang)組織和性能的(de)影響
碳是奧氏體形成元素，碳對提高奧氏體鋼耐熱強性有益，但碳對不銹鋼的耐蝕性不利，這是因為碳是一種強烈的碳化物形成元素，在不同溫度段，它與鉻能生成多種化合物，如Cr23C6·Cr7C3和Cr3C2，（Fe，Cr）23C6。但前兩種不可能在不銹鋼中出現。碳在不銹鋼中大多數情況下形成（Fe，Cr）23C6混合碳化物，即M23C6。在高碳的鑄造耐熱鋼中，共晶碳化物多出現在晶間或枝間，二次碳化則在晶內和晶間都有。在鐵素體不銹鋼或鉻鎳奧氏體不銹鋼中，
若碳在過飽和情況下，受到適當溫度加熱，則會發生碳化物M23C6析出。這些固溶體層的鉻碳化合物最易在晶界處生成。若條件適當，當加wcr＜12％時，晶粒邊界會出現貧鉻，即減少了晶界的鉻有效含量，導致鋼的耐腐蝕性能降低-產生晶間腐蝕。因而碳是降低耐腐蝕性的一種有害元素，不銹鋼若以耐腐蝕為主要目的時，不銹鋼碳的含量愈少，耐腐蝕性愈好。在我國不銹鋼的牌號中，wc≤0.08％或≤0.06％的，稱之為低碳不銹鋼，例如：06Cr19Ni10．wc≤0.03％的稱之為超低碳不銹鋼，例如：022Cr19Ni10。
上(shang)述合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)對鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)不(bu)是簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)疊加，也不(bu)是相(xiang)互(hu)抵消(xiao)的(de)(de)(de)(de)。它(ta)們相(xiang)互(hu)之間有時會發生新的(de)(de)(de)(de)物理化(hua)學作(zuo)用(yong)，往(wang)往(wang)會引起強(qiang)化(hua)力學性能的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。各種合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)組織結構和性能的(de)(de)(de)(de)影響見(jian)表1-13，亦可(ke)參見(jian)圖1-1、圖1-2。從表中可(ke)以看出(chu)，合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)組織的(de)(de)(de)(de)影響基本上(shang)分(fen)三(san)大類(lei)：第(di)一類(lei)是形(xing)成(cheng)鐵(tie)素(su)(su)體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，有鉻、硅、鋁(lv)、鉬(mu)、鈦、鈮等；第(di)二類(lei)是形(xing)成(cheng)奧氏體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，有碳、氮(dan)、鎳、錳(meng)、銅，其中碳和氮(dan)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)程(cheng)度(du)最大；第(di)三(san)類(lei)是形(xing)成(cheng)碳化(hua)物的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)、有鈮、鈦、碳、鉻、鎢(wu)、錳(meng)、鉬(mu)等。加入銅、鋁(lv)、鈦、鈮、氮(dan)等元(yuan)(yuan)素(su)(su)能促使鋼(gang)產生彌散硬化(hua)，從而提高鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強(qiang)性。
表1-13 各(ge)種合金元(yuan)素對(dui)不銹鋼(gang)組織(zhi)結構和性能的影響(xiang)
