下面介紹不銹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、鋁對(dui)不銹(xiu)鋼組織和性(xing)能的影(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. 鎳對不銹鋼組織和性能的影響(xiang)
鎳(nie)是(shi)(shi)擴大奧氏(shi)體(ti)區的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，在不銹(xiu)鋼(gang)中多(duo)與鉻(ge)配合，以(yi)獲得(de)奧氏(shi)體(ti)-鐵(tie)素(su)體(ti)雙(shuang)相組(zu)織(zhi)或單(dan)相奧氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)，使鋼(gang)具有(you)更好的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)和良(liang)好的(de)(de)(de)成形性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)及焊接(jie)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)(neng)(neng)使合金表面鈍(dun)化(hua)，擴大鋼(gang)在酸中的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)范圍，但不能(neng)(neng)(neng)(neng)改(gai)善其對稀硝酸的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)。它能(neng)(neng)(neng)(neng)提高不銹(xiu)鋼(gang)抗(kang)硫(liu)酸、鹽酸等腐(fu)蝕介質的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，是(shi)(shi)耐蝕鋼(gang)的(de)(de)(de)主要(yao)(yao)合金元(yuan)素(su)。如果單(dan)獨使用(yong)鎳(nie)作為不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)合金元(yuan)素(su)，其質量分數要(yao)(yao)高達24％才能(neng)(neng)(neng)(neng)得(de)到(dao)全奧氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)，而在低碳鉻(ge)不銹(xiu)鋼(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)基礎上(shang)，加入質量分數為9％的(de)(de)(de)鎳(nie)，即(ji)可(ke)獲得(de)耐蝕性(xing)好、綜合力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)好的(de)(de)(de)室溫下穩定(ding)的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)，既能(neng)(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)要(yao)(yao)求，又能(neng)(neng)(neng)(neng)提高鋼(gang)的(de)(de)(de)高溫強度和抗(kang)氧化(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，成為一種具有(you)良(liang)好綜合性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)鋼(gang)種。
3. 鉬和銅(tong)對不銹鋼組(zu)織(zhi)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。
銅可以提高鋼對(dui)非氧化性介質的抗蝕能力，進(jin)一步擴(kuo)大鋼的穩定性范圍。在(zai)鉻(ge)(ge)鎳(nie)(nie)不銹(xiu)鋼中加入銅能促使鋼產(chan)生彌散(san)硬化組(zu)織，提高鋼的熱(re)強性。與鉬配合(he)使用(yong)，可進(jin)一步提高鉻(ge)(ge)鎳(nie)(nie)不銹(xiu)鋼在(zai)稀硫酸中的耐蝕性能。列人我國國家標準的牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等(deng)。
4. 錳(meng)和氮對不銹(xiu)鋼組織和性(xing)能的影響(xiang)
錳(meng)和氮，它們(men)都(dou)是促進(jin)奧氏體形成的(de)(de)(de)元(yuan)素，其(qi)中氮比錳(meng)的(de)(de)(de)作用更為強烈。為了節省昂貴的(de)(de)(de)鎳(nie)的(de)(de)(de)用量，可用它們(men)替代奧氏體型不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)(de)一部分(fen)鎳(nie)。錳(meng)和氮能大大提(ti)高鉻不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)有機(ji)酸中的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性。
這類(lei)鋼列人我國國家標(biao)準(zhun)的(de)牌(pai)號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含(han)(han)量(liang)過(guo)高時，對含(han)(han)鉻量(liang)較(jiao)低的(de)不銹鋼的(de)耐蝕(shi)性不利(li)，還會使鑄(zhu)鋼件(jian)產生氣孔，同時增加(jia)材料或接頭的(de)硬度，給冷加(jia)工帶來困難。氮(dan)(dan)與碳(tan)共同作(zuo)用(yong)能提高奧氏體型鋼的(de)熱(re)強性，氮(dan)(dan)的(de)強化(hua)(hua)作(zuo)用(yong)在于時效(xiao)過(guo)程中形成氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物和碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物。
氮(dan)對雙相(xiang)不銹(xiu)鋼有重要作用：在焊(han)接(jie)接(jie)頭熱(re)影響區快(kuai)速冷卻時，氮(dan)促進了高溫(wen)下形成的(de)鐵素體(ti)逆轉變為足夠的(de)二(er)次(ci)奧氏體(ti)以維持必要的(de)相(xiang)平衡，提(ti)高了接(jie)頭的(de)耐蝕性(xing)；氮(dan)可以提(ti)高富氮(dan)奧氏體(ti)相(xiang)的(de)耐孔蝕能力，與富鉻、鉬的(de)鐵素體(ti)相(xiang)取得平衡，提(ti)高了材(cai)料(liao)整(zheng)體(ti)的(de)耐孔蝕性(xing)能；氮(dan)能減輕鉻、鎳等元素在兩相(xiang)中分布的(de)差異，降低(di)選擇腐蝕的(de)傾向(xiang)性(xing)。
5. 鈦和(he)鈮對不(bu)銹鋼組織和(he)性能的影響
鈦和(he)鈮，它們與碳(tan)的親和(he)力比(bi)鉻(ge)大，能優先形成(cheng)穩定碳(tan)化物，減輕晶間腐蝕(shi)傾向。
在(zai)鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)(liang)(liang)(liang)大于碳(tan)含量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)5倍，或(huo)者鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)(liang)(liang)(liang)大于碳(tan)含量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍時，可以(yi)(yi)使絕大部分的(de)(de)(de)(de)碳(tan)存在(zai)于鈦或(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物之中(zhong)(zhong)，因而(er)使固(gu)溶(rong)(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)(liang)分數降到(dao)0.03％以(yi)(yi)下(xia)，這就能(neng)(neng)保(bao)證鉻在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固(gu)溶(rong)(rong)濃(nong)度。由于鉻在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固(gu)溶(rong)(rong)濃(nong)度得(de)到(dao)保(bao)證、從(cong)而(er)改善鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間腐蝕能(neng)(neng)力。鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)(liang)分數達到(dao)0.5％～2.0％，既能(neng)(neng)提高奧氏(shi)(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強性，又能(neng)(neng)提高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久塑性。鈮(ni)(ni)(ni)在(zai)含碳(tan)量(liang)(liang)(liang)(liang)較低的(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)會(hui)促進(jin)近縫(feng)區(qu)和(he)(he)焊縫(feng)金(jin)屬產生(sheng)裂紋(wen)，在(zai)鉻鎳奧氏(shi)(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)(liang)分數應(ying)控制在(zai)1.0％范圍內。這類(lei)鋼(gang)(gang)(gang)列入我國(guo)國(guo)家標(biao)準的(de)(de)(de)(de)牌號很多(duo)，如(ru)06Cr18Ni11Ti和(he)(he)06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對(dui)不銹鋼組織和性(xing)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(shang)述合金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)對鋼(gang)的(de)作用(yong)(yong)不(bu)是簡單的(de)疊(die)加(jia)，也不(bu)是相互抵消(xiao)的(de)。它們相互之間有時會(hui)發(fa)生(sheng)新(xin)的(de)物理化(hua)學(xue)作用(yong)(yong)，往(wang)往(wang)會(hui)引起強化(hua)力學(xue)性能(neng)(neng)的(de)作用(yong)(yong)。各種合金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)結構和(he)性能(neng)(neng)的(de)影響(xiang)見表1-13，亦可參見圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中(zhong)可以看出，合金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)的(de)影響(xiang)基本上(shang)分三大類(lei)：第一類(lei)是形(xing)(xing)成(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，有鉻、硅、鋁、鉬、鈦(tai)(tai)、鈮(ni)等；第二類(lei)是形(xing)(xing)成(cheng)奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，有碳(tan)、氮、鎳、錳、銅(tong)，其中(zhong)碳(tan)和(he)氮的(de)作用(yong)(yong)程度最(zui)大；第三類(lei)是形(xing)(xing)成(cheng)碳(tan)化(hua)物的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)、有鈮(ni)、鈦(tai)(tai)、碳(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等。加(jia)入銅(tong)、鋁、鈦(tai)(tai)、鈮(ni)、氮等元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)能(neng)(neng)促使鋼(gang)產生(sheng)彌散硬(ying)化(hua)，從而提高鋼(gang)的(de)熱強性。
表(biao)1-13 各種(zhong)合金元素對(dui)不(bu)銹鋼組(zu)織結構和性能的影響
