下面介紹不(bu)銹(xiu)鋼中主要合金元素鉻（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(lv)對不銹(xiu)鋼組織和性能(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(zu)織和性能(neng)的影響(xiang)
鎳是擴大奧(ao)氏體(ti)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素，在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)多(duo)與鉻配合(he)(he)，以獲(huo)得(de)奧(ao)氏體(ti)-鐵素體(ti)雙相組(zu)織(zhi)或單相奧(ao)氏體(ti)組(zu)織(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)具(ju)有(you)更好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)和良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成形性(xing)能(neng)及焊接性(xing)能(neng)。鎳能(neng)使合(he)(he)金(jin)表面鈍(dun)化，擴大鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在酸(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化范圍，但不(bu)(bu)能(neng)改(gai)善(shan)其(qi)對稀(xi)硝酸(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)。它能(neng)提高(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)抗(kang)(kang)硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)，是耐(nai)(nai)蝕鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要合(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素。如果單獨使用鎳作為不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素，其(qi)質(zhi)量分數要高(gao)達24％才能(neng)得(de)到全奧(ao)氏體(ti)組(zu)織(zhi)，而(er)在低碳鉻不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上，加入質(zhi)量分數為9％的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳，即可獲(huo)得(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)好(hao)(hao)、綜(zong)合(he)(he)力學性(xing)能(neng)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)室溫下穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)組(zu)織(zhi)，既(ji)能(neng)滿足鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)要求，又(you)能(neng)提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫強度(du)和抗(kang)(kang)氧化性(xing)能(neng)，成為一種具(ju)有(you)良好(hao)(hao)綜(zong)合(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬和銅對不(bu)銹鋼組(zu)織和性能的影響(xiang)
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。
銅可以提高鋼(gang)對非氧化性(xing)介質的抗(kang)蝕能(neng)力(li)，進一(yi)步擴大鋼(gang)的穩定性(xing)范圍(wei)。在鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)中加(jia)入銅能(neng)促(cu)使鋼(gang)產生(sheng)彌(mi)散硬化組織(zhi)，提高鋼(gang)的熱強性(xing)。與(yu)鉬配合使用，可進一(yi)步提高鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)在稀硫(liu)酸中的耐蝕性(xing)能(neng)。列人我國(guo)國(guo)家標準的牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮對不銹鋼組(zu)織(zhi)和性能的(de)影響
錳和(he)氮，它(ta)們(men)都是促進奧氏體(ti)(ti)形成的元(yuan)素，其中氮比(bi)錳的作(zuo)用(yong)更為(wei)強烈。為(wei)了節省昂貴(gui)的鎳(nie)的用(yong)量，可(ke)用(yong)它(ta)們(men)替代奧氏體(ti)(ti)型(xing)不銹鋼中的一(yi)部(bu)分鎳(nie)。錳和(he)氮能大大提高鉻不銹鋼在(zai)有機酸中的耐蝕性。
這類鋼(gang)列人我國國家標準的(de)(de)牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳(meng)含量(liang)過(guo)高時，對含鉻(ge)量(liang)較低(di)的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)耐蝕(shi)性不(bu)利，還會使(shi)鑄鋼(gang)件(jian)產生氣孔，同時增加材料或接頭的(de)(de)硬度(du)，給冷加工帶(dai)來困難。氮與碳共同作(zuo)(zuo)用能提高奧氏體型鋼(gang)的(de)(de)熱強性，氮的(de)(de)強化作(zuo)(zuo)用在于(yu)時效過(guo)程中(zhong)形成氮化物和碳氮化物。
氮(dan)(dan)(dan)對(dui)雙相不銹鋼有重(zhong)要(yao)作用：在焊(han)接接頭熱影(ying)響區快速冷卻時，氮(dan)(dan)(dan)促進了高溫下形成(cheng)的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)逆轉變為(wei)足夠的(de)(de)二次奧(ao)氏體(ti)(ti)以(yi)維持必要(yao)的(de)(de)相平衡(heng)，提(ti)(ti)高了接頭的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)；氮(dan)(dan)(dan)可以(yi)提(ti)(ti)高富(fu)氮(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)(ti)相的(de)(de)耐孔(kong)蝕(shi)能力，與富(fu)鉻、鉬的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)相取得平衡(heng)，提(ti)(ti)高了材料整體(ti)(ti)的(de)(de)耐孔(kong)蝕(shi)性(xing)(xing)能；氮(dan)(dan)(dan)能減(jian)輕鉻、鎳等(deng)元素在兩相中分布的(de)(de)差異，降低(di)選擇腐蝕(shi)的(de)(de)傾向性(xing)(xing)。
5. 鈦和(he)鈮(ni)對不銹鋼(gang)組織(zhi)和(he)性能的影響
鈦和鈮，它們與碳(tan)的親和力比鉻大，能優先形成穩定碳(tan)化(hua)物，減輕晶間腐蝕傾向。
在鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)，當鈦(tai)的(de)(de)(de)(de)加入量(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)加入量(liang)(liang)大于(yu)(yu)碳含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍時，可(ke)以(yi)使絕(jue)大部分(fen)的(de)(de)(de)(de)碳存(cun)在于(yu)(yu)鈦(tai)或(huo)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)碳化物(wu)之中(zhong)，因而使固溶(rong)碳的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)數降到0.03％以(yi)下(xia)，這就能保證鉻(ge)在鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固溶(rong)濃度。由于(yu)(yu)鉻(ge)在鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固溶(rong)濃度得到保證、從而改(gai)善(shan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間腐蝕(shi)能力(li)。鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)數達到0.5％～2.0％，既(ji)能提高奧(ao)氏體鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強性，又能提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久塑性。鈮(ni)在含碳量(liang)(liang)較低的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體鋼(gang)(gang)中(zhong)會促進近縫(feng)(feng)區和焊縫(feng)(feng)金屬產生裂紋，在鉻(ge)鎳奧(ao)氏體鋼(gang)(gang)中(zhong)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分(fen)數應(ying)控制在1.0％范圍(wei)內。這類(lei)鋼(gang)(gang)列(lie)入我國國家(jia)標準的(de)(de)(de)(de)牌(pai)號很多(duo)，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對(dui)不銹(xiu)鋼組織和(he)性能的影響(xiang)
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。
上述合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)對(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)作用不是(shi)簡單(dan)的(de)(de)(de)疊加(jia)，也(ye)不是(shi)相(xiang)互(hu)抵消的(de)(de)(de)。它們(men)相(xiang)互(hu)之間有時會發生新的(de)(de)(de)物理(li)化學作用，往往會引起強化力學性能(neng)的(de)(de)(de)作用。各種合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)對(dui)不銹鋼(gang)組織(zhi)結構和性能(neng)的(de)(de)(de)影響(xiang)見(jian)表(biao)1-13，亦可參見(jian)圖1-1、圖1-2。從(cong)表(biao)中可以看出，合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)對(dui)不銹鋼(gang)組織(zhi)的(de)(de)(de)影響(xiang)基本(ben)上分(fen)三大類(lei)：第(di)一類(lei)是(shi)形(xing)成(cheng)鐵素(su)(su)(su)體的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，有鉻、硅、鋁(lv)、鉬(mu)、鈦、鈮(ni)等；第(di)二(er)類(lei)是(shi)形(xing)成(cheng)奧氏(shi)體的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，有碳(tan)(tan)、氮、鎳、錳、銅，其中碳(tan)(tan)和氮的(de)(de)(de)作用程度(du)最大；第(di)三類(lei)是(shi)形(xing)成(cheng)碳(tan)(tan)化物的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)、有鈮(ni)、鈦、碳(tan)(tan)、鉻、鎢、錳、鉬(mu)等。加(jia)入銅、鋁(lv)、鈦、鈮(ni)、氮等元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)能(neng)促使鋼(gang)產生彌散硬化，從(cong)而提高鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強性。
表1-13 各(ge)種合金元素(su)對(dui)不銹鋼(gang)組織結構和性能(neng)的影響
