廣泛使用的不銹(xiu)鋼仍然是高鉻鋼，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)2.12為Fe-Cr二元平衡(heng)圖(tu)。Fe和Cr的(de)原(yuan)子半徑尺寸相近（表2.1），Cr加入Fe中后可以與α-Fe無限互溶。約在(zai)12％Cr和1000℃時封閉y區(qu)，以后是α＋γ兩相區(qu)，當鉻含量超過(guo)14％后，將得到α固溶體(ti)。需要指出，γ區(qu)和α＋y區(qu)邊(bian)(bian)界的(de)測(ce)定結果(guo)與所用原(yuan)料的(de)純度有關，早期(qi)使用的(de)原(yuan)料不可能很(hen)純，所含碳及(ji)氮較高。圖(tu)2.12的(de)y區(qu)和α＋γ雙(shuang)相區(qu)邊(bian)(bian)界數據來自(zi)于文(wen)獻。
由圖(tu)(tu)2.27 Fe-Cr-C在(zai)700℃時的(de)(de)平(ping)衡圖(tu)(tu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，隨(sui)Cr／C的(de)(de)增加，鋼中先后(hou)生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是(shi)縮(suo)小(xiao)Fe-C合(he)金γ相(xiang)區的(de)(de)元素，圖(tu)(tu)2.34可(ke)以(yi)顯示鉻(ge)縮(suo)小(xiao)y相(xiang)區的(de)(de)趨勢(shi)，當鉻(ge)含量為(wei)20％時，γ相(xiang)區縮(suo)小(xiao)為(wei)一點。
碳(tan)(tan)能擴(kuo)大(da)Fe-Cr平衡圖(tu)的(de)γ相(xiang)區，但(dan)其溶解度極限卻隨鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)的(de)提高(gao)(gao)而減少。圖(tu)9.6表(biao)明，在(zai)碳(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)0.6％的(de)Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)達18％時(shi)高(gao)(gao)溫(wen)下仍為(wei)(wei)單(dan)一(yi)的(de)y相(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)范圍在(zai)18％～27％時(shi)，鋼在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)時(shi)的(de)組織(zhi)為(wei)(wei)a＋y相(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)高(gao)(gao)于27％時(shi)，鋼的(de)組織(zhi)將(jiang)成為(wei)(wei)單(dan)一(yi)的(de)α相(xiang)，不可能產(chan)生馬氏體相(xiang)變。碳(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)0.6％和鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)18％時(shi)，單(dan)一(yi)的(de)γ相(xiang)區最寬，如(ru)果繼續(xu)提高(gao)(gao)碳(tan)(tan)含(han)(han)量(liang)，將(jiang)生成碳(tan)(tan)化物相(xiang)。
不銹鋼(gang)的(de)鉻(ge)含(han)量(liang)一(yi)般在(zai)12％以上(shang)，在(zai)Fe-Cr-C合金中，馬(ma)氏體鋼(gang)鉻(ge)含(han)量(liang)為12％～18％，鐵素體鋼(gang)鉻(ge)含(han)量(liang)為15％～30％，這兩類鋼(gang)的(de)鉻(ge)含(han)量(liang)有重復的(de)區域（15％～18％），至于屬于哪一(yi)類，取決(jue)于其碳含(han)量(liang)。
含鉻(ge)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)（y相(xiang)）不穩定，只(zhi)存在(zai)于(yu)高溫區，緩冷(leng)時轉變(bian)為鐵素體(ti)(ti)（α相(xiang)），急冷(leng)時可(ke)以轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)；加入(ru)碳之(zhi)后，可(ke)以擴大y相(xiang)區；速冷(leng)后，可(ke)以獲(huo)得部分殘余奧氏(shi)體(ti)(ti)，但高碳的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)在(zai)冷(leng)卻過程中易于(yu)析出碳化鉻(ge)而降低基體(ti)(ti)中的(de)鉻(ge)含量(liang)，降低了鋼的(de)耐蝕性。
為了(le)能在室溫獲得穩(wen)定的(de)奧氏體，可在Fe-C中(zhong)加入鎳和錳，兩(liang)者都是擴大γ相(xiang)區(qu)的(de)元素。圖2.5、圖2.7分別為Fe-Mn和Fe-Ni的(de)平(ping)衡圖，Fe-Mn和Fe-Ni均可生成無限互溶的(de)γ相(xiang)區(qu)。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系(xi)在高溫(wen)(wen)的(de)相(xiang)圖，可以(yi)看出，由于鎳的(de)存在，在1100℃下，y相(xiang)區擴展到較高的(de)鉻含量，這種高溫(wen)(wen)穩(wen)定的(de)γ相(xiang)急冷到室(shi)溫(wen)(wen)，形成如圖9.8所示的(de)室(shi)溫(wen)(wen)下的(de)各種亞穩(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(shi)體不銹(xiu)鋼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(he)金元素對不銹(xiu)鋼(gang)組織的影響基本上(shang)可以分為兩大(da)類(lei)：一(yi)類(lei)是擴(kuo)大(da)奧(ao)氏體區或(huo)穩(wen)定(ding)奧(ao)氏體的元素，它們是碳、氮、鎳、錳(meng)、銅(tong)等(deng)；另(ling)一(yi)類是(shi)封閉或縮小奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)區形(xing)成(cheng)鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)，它(ta)們(men)是(shi)鉻(ge)、硅、鈦、鈮(ni)、鉬等。當這兩類作用(yong)(yong)不(bu)同(tong)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)同(tong)時(shi)存在(zai)于(yu)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中時(shi)，不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)就取決于(yu)它(ta)們(men)互相作用(yong)(yong)的(de)(de)結果。如(ru)形(xing)成(cheng)鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中占優勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)就是(shi)鐵素(su)體(ti)(ti)；如(ru)穩定奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中占優勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)則為(wei)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)；如(ru)穩定奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)作用(yong)(yong)程度還不(bu)足以(yi)使(shi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)點（M3）降至(zhi)室溫(wen)以(yi)下，自高(gao)(gao)溫(wen)冷(leng)卻的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)在(zai)高(gao)(gao)于(yu)室溫(wen)即轉變(bian)為(wei)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，這樣鋼(gang)(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)就是(shi)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。為(wei)了簡便起見，可把(ba)鐵素(su)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)折(zhe)(zhe)合(he)成(cheng)鉻(ge)的(de)(de)作用(yong)(yong)，把(ba)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)折(zhe)(zhe)合(he)成(cheng)鎳的(de)(de)作用(yong)(yong)，而制(zhi)成(cheng)鉻(ge)當量［Cr］。和(he)鎳當量［Ni］eq圖(tu)，以(yi)表明鋼(gang)(gang)的(de)(de)實際成(cheng)分和(he)所得到的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)狀態，見圖(tu)9.13。該圖(tu)適用(yong)(yong)于(yu)從高(gao)(gao)溫(wen)快速冷(leng)卻的(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹鋼(gang)(gang)，因(yin)而可以(yi)用(yong)(yong)來確定焊縫冷(leng)卻后的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)。其中：
圖9.13雖不(bu)能十分確(que)切地(di)(di)確(que)定(ding)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)組織(zhi)，但(dan)仍可以(yi)幫助了解(jie)穩定(ding)奧氏體(ti)元素(su)(su)和鐵素(su)(su)體(ti)形成元素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)組織(zhi)的(de)(de)相(xiang)對影響，粗略地(di)(di)分析一些具有復雜化學成分的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)。
圖9.14是從大(da)量Cr-Ni奧氏體不銹鋼的試驗數(shu)據中整理(li)得到的，適用于1150℃熱加工后冷(leng)卻狀態的不銹鋼組織(zhi)。該圖考慮(lv)了(le)元素間的交(jiao)互作用：
