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、硅、鋁對不銹鋼組織(zhi)和性能(neng)的影(ying)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(dui)不銹鋼組織和(he)性能的影(ying)響
鎳是擴大奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)區的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)，在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中多與(yu)鉻配合(he)(he)，以獲得奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)-鐵(tie)素(su)體(ti)雙相(xiang)組織(zhi)或單相(xiang)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組織(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具(ju)有更好的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)和良好的(de)(de)成形(xing)性(xing)(xing)能及焊接性(xing)(xing)能。鎳能使合(he)(he)金(jin)表面(mian)鈍(dun)化，擴大鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在酸(suan)中的(de)(de)鈍(dun)化范圍(wei)，但不(bu)(bu)能改善其對(dui)稀硝酸(suan)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)。它能提高(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)抗硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕(shi)介質(zhi)的(de)(de)性(xing)(xing)能，是耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)主要(yao)合(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)。如果單獨使用鎳作為(wei)(wei)(wei)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)合(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)，其質(zhi)量(liang)分數要(yao)高(gao)達24％才能得到全(quan)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組織(zhi)，而在低碳鉻不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)基礎上，加入質(zhi)量(liang)分數為(wei)(wei)(wei)9％的(de)(de)鎳，即可(ke)獲得耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)好、綜(zong)合(he)(he)力學(xue)性(xing)(xing)能好的(de)(de)室溫(wen)下(xia)穩定的(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組織(zhi)，既能滿足(zu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)要(yao)求，又能提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)溫(wen)強(qiang)度和抗氧化性(xing)(xing)能，成為(wei)(wei)(wei)一種具(ju)有良好綜(zong)合(he)(he)性(xing)(xing)能的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬(mu)和銅對不銹鋼組織和性能的影響
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。
銅可以(yi)提(ti)高(gao)鋼(gang)對(dui)非(fei)氧化性介質的(de)(de)抗蝕(shi)能(neng)力，進一步擴大鋼(gang)的(de)(de)穩定性范圍。在鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)中加入銅能(neng)促(cu)使(shi)鋼(gang)產生彌散(san)硬化組織，提(ti)高(gao)鋼(gang)的(de)(de)熱強性。與鉬配(pei)合使(shi)用，可進一步提(ti)高(gao)鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)在稀硫酸中的(de)(de)耐蝕(shi)性能(neng)。列人我國國家標準的(de)(de)牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和(he)(he)氮對(dui)不銹鋼(gang)組織(zhi)和(he)(he)性能的影響(xiang)
錳和氮，它們都是促(cu)進奧氏體(ti)形成的(de)元素，其中氮比錳的(de)作用(yong)更(geng)為強烈。為了節省(sheng)昂貴的(de)鎳的(de)用(yong)量，可(ke)用(yong)它們替(ti)代(dai)奧氏體(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)一部分鎳。錳和氮能大(da)大(da)提高鉻不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)有機酸中的(de)耐(nai)蝕性(xing)。
這類(lei)鋼列人我國國家(jia)標準的(de)牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和(he)12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當(dang)錳含量(liang)過高時，對含鉻量(liang)較(jiao)低(di)的(de)不銹鋼的(de)耐蝕性不利，還會使鑄鋼件產生氣孔(kong)，同時增加(jia)材(cai)料或接頭(tou)的(de)硬度，給冷加(jia)工帶來困難。氮(dan)與碳共(gong)同作用(yong)能提(ti)高奧氏體型鋼的(de)熱(re)強(qiang)性，氮(dan)的(de)強(qiang)化(hua)作用(yong)在(zai)于時效(xiao)過程中形成氮(dan)化(hua)物(wu)和(he)碳氮(dan)化(hua)物(wu)。
氮對雙相(xiang)不銹鋼有重要作(zuo)用：在(zai)焊接(jie)接(jie)頭熱影響區(qu)快(kuai)速冷卻(que)時，氮促進了(le)高(gao)(gao)溫下形成的(de)(de)鐵素體(ti)逆轉(zhuan)變為足(zu)夠的(de)(de)二次奧(ao)氏(shi)體(ti)以維持必(bi)要的(de)(de)相(xiang)平衡，提(ti)高(gao)(gao)了(le)接(jie)頭的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)；氮可以提(ti)高(gao)(gao)富氮奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)的(de)(de)耐孔蝕(shi)能(neng)(neng)力，與富鉻、鉬的(de)(de)鐵素體(ti)相(xiang)取得平衡，提(ti)高(gao)(gao)了(le)材料整體(ti)的(de)(de)耐孔蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)；氮能(neng)(neng)減(jian)輕鉻、鎳等元素在(zai)兩相(xiang)中分布的(de)(de)差異，降低選擇(ze)腐蝕(shi)的(de)(de)傾向(xiang)性(xing)。
5. 鈦和(he)鈮(ni)對(dui)不銹鋼組織和(he)性能的影響
鈦(tai)和鈮，它們與碳的親和力比鉻大，能(neng)優(you)先形成穩定碳化(hua)物，減輕(qing)晶間(jian)腐蝕傾向(xiang)。
在(zai)鉻鎳不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)，當(dang)鈦的(de)(de)(de)(de)加入量大(da)(da)于(yu)碳(tan)含量的(de)(de)(de)(de)5倍，或者鈮的(de)(de)(de)(de)加入量大(da)(da)于(yu)碳(tan)含量的(de)(de)(de)(de)8倍時，可(ke)以使絕大(da)(da)部分的(de)(de)(de)(de)碳(tan)存(cun)在(zai)于(yu)鈦或鈮的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)物之中(zhong)(zhong)(zhong)，因而使固溶(rong)(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)質量分數降(jiang)到(dao)0.03％以下，這就能(neng)(neng)保(bao)證鉻在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固溶(rong)(rong)濃(nong)度。由于(yu)鉻在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固溶(rong)(rong)濃(nong)度得(de)到(dao)保(bao)證、從而改善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間腐蝕能(neng)(neng)力。鈮的(de)(de)(de)(de)質量分數達(da)到(dao)0.5％～2.0％，既能(neng)(neng)提高奧氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱(re)強性，又能(neng)(neng)提高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久(jiu)塑(su)性。鈮在(zai)含碳(tan)量較低(di)的(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)會促(cu)進近縫區(qu)和焊縫金屬產(chan)生裂紋，在(zai)鉻鎳奧氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)鈮的(de)(de)(de)(de)質量分數應控制在(zai)1.0％范圍(wei)內。這類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)列(lie)入我(wo)國國家標準(zhun)的(de)(de)(de)(de)牌號(hao)很多(duo)，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對(dui)不銹鋼組織和性能的影響
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。
上述(shu)合(he)金(jin)元素(su)(su)對(dui)(dui)(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)不(bu)是簡單的(de)(de)(de)疊(die)加，也不(bu)是相互抵消的(de)(de)(de)。它們相互之間有(you)時會(hui)發生新的(de)(de)(de)物理化學作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，往(wang)往(wang)會(hui)引(yin)起強化力學性能(neng)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。各(ge)種合(he)金(jin)元素(su)(su)對(dui)(dui)(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織結構和性能(neng)的(de)(de)(de)影響見表1-13，亦(yi)可參見圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中可以(yi)看出，合(he)金(jin)元素(su)(su)對(dui)(dui)(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織的(de)(de)(de)影響基本上分三大類(lei)：第(di)一類(lei)是形成鐵素(su)(su)體的(de)(de)(de)元素(su)(su)，有(you)鉻(ge)、硅、鋁(lv)(lv)、鉬、鈦、鈮等(deng)；第(di)二(er)類(lei)是形成奧氏(shi)體的(de)(de)(de)元素(su)(su)，有(you)碳(tan)、氮、鎳、錳、銅，其中碳(tan)和氮的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)程(cheng)度(du)最(zui)大；第(di)三類(lei)是形成碳(tan)化物的(de)(de)(de)元素(su)(su)、有(you)鈮、鈦、碳(tan)、鉻(ge)、鎢、錳、鉬等(deng)。加入銅、鋁(lv)(lv)、鈦、鈮、氮等(deng)元素(su)(su)能(neng)促(cu)使鋼(gang)產(chan)生彌散硬化，從而提高鋼(gang)的(de)(de)(de)熱(re)強性。
表1-13 各種合金元素對不銹鋼組織結構和性能(neng)的影響
