廣泛使用的不銹鋼(gang)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(ping)衡圖(tu)。Fe和Cr的原子半徑(jing)尺(chi)寸(cun)相(xiang)近（表2.1），Cr加入Fe中后(hou)可以(yi)與α-Fe無(wu)限互溶(rong)。約在12％Cr和1000℃時封閉y區(qu)(qu)(qu)，以(yi)后(hou)是α＋γ兩相(xiang)區(qu)(qu)(qu)，當(dang)鉻含量超(chao)過(guo)14％后(hou)，將得到α固(gu)溶(rong)體。需要指出(chu)，γ區(qu)(qu)(qu)和α＋y區(qu)(qu)(qu)邊界的測定結果與所用原料(liao)的純度(du)有關(guan)，早期使用的原料(liao)不可能很純，所含碳及氮較(jiao)高。圖(tu)2.12的y區(qu)(qu)(qu)和α＋γ雙相(xiang)區(qu)(qu)(qu)邊界數(shu)據來自于文獻。
由(you)圖(tu)(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時的平(ping)衡圖(tu)(tu)可以看出(chu)，隨(sui)Cr／C的增加，鋼中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是(shi)縮小(xiao)Fe-C合金γ相區(qu)的元素，圖(tu)(tu)2.34可以顯示鉻縮小(xiao)y相區(qu)的趨勢(shi)，當鉻含(han)量為20％時，γ相區(qu)縮小(xiao)為一點。
碳(tan)能擴大Fe-Cr平衡(heng)圖的(de)(de)γ相區，但其溶解度極限卻隨(sui)鉻含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)而減少。圖9.6表明，在(zai)碳(tan)含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)0.6％的(de)(de)Fe-Cr-C合金(jin)中，鉻含(han)(han)(han)量(liang)達(da)18％時(shi)(shi)高(gao)溫下(xia)仍為(wei)(wei)單(dan)一的(de)(de)y相；鉻含(han)(han)(han)量(liang)范圍在(zai)18％～27％時(shi)(shi)，鋼在(zai)高(gao)溫時(shi)(shi)的(de)(de)組(zu)織為(wei)(wei)a＋y相；鉻含(han)(han)(han)量(liang)高(gao)于27％時(shi)(shi)，鋼的(de)(de)組(zu)織將(jiang)成為(wei)(wei)單(dan)一的(de)(de)α相，不可(ke)能產生(sheng)馬(ma)氏體(ti)相變(bian)。碳(tan)含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)0.6％和鉻含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)18％時(shi)(shi)，單(dan)一的(de)(de)γ相區最寬，如果繼續提(ti)(ti)高(gao)碳(tan)含(han)(han)(han)量(liang)，將(jiang)生(sheng)成碳(tan)化(hua)物相。
不(bu)銹鋼(gang)的鉻含(han)量(liang)一(yi)般在(zai)12％以上，在(zai)Fe-Cr-C合金中，馬氏體鋼(gang)鉻含(han)量(liang)為(wei)12％～18％，鐵素體鋼(gang)鉻含(han)量(liang)為(wei)15％～30％，這兩類鋼(gang)的鉻含(han)量(liang)有重復的區(qu)域（15％～18％），至于屬于哪一(yi)類，取決(jue)于其碳(tan)含(han)量(liang)。
含鉻的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)（y相(xiang)）不穩定，只存在于(yu)高溫區，緩冷(leng)時轉變(bian)為鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)（α相(xiang)），急冷(leng)時可(ke)以(yi)轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)；加(jia)入碳(tan)之后(hou)，可(ke)以(yi)擴大(da)y相(xiang)區；速冷(leng)后(hou)，可(ke)以(yi)獲得部分(fen)殘余奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，但(dan)高碳(tan)的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)在冷(leng)卻過程(cheng)中易于(yu)析(xi)出碳(tan)化(hua)鉻而(er)降低(di)基體(ti)(ti)(ti)中的鉻含量，降低(di)了鋼的耐蝕(shi)性(xing)。
為(wei)了能(neng)在室溫獲得穩定的奧(ao)氏體，可在Fe-C中(zhong)加入(ru)鎳和(he)錳，兩者(zhe)都是擴(kuo)大γ相區的元素。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分(fen)別為(wei)Fe-Mn和(he)Fe-Ni的平衡圖(tu)，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可生成無限互溶(rong)的γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元(yuan)系在高溫(wen)的(de)相圖，可以看出，由于鎳的(de)存在，在1100℃下(xia)(xia)，y相區(qu)擴展到(dao)較高的(de)鉻含量，這(zhe)種(zhong)高溫(wen)穩(wen)定(ding)(ding)的(de)γ相急冷到(dao)室(shi)(shi)溫(wen)，形(xing)成如(ru)圖9.8所示(shi)的(de)室(shi)(shi)溫(wen)下(xia)(xia)的(de)各種(zhong)亞穩(wen)相及穩(wen)定(ding)(ding)相。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體不銹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。
合金(jin)元素(su)對不銹鋼(gang)組(zu)織的影響(xiang)基本上(shang)可以分(fen)為兩大類：一類是擴(kuo)大奧(ao)(ao)氏體區或(huo)穩定奧(ao)(ao)氏體的元素(su)，它(ta)們是碳、氮、鎳(nie)、錳、銅等；另一類是(shi)封閉或縮(suo)小奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)區形(xing)成鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，它(ta)們(men)是(shi)鉻、硅、鈦、鈮、鉬等(deng)。當(dang)這(zhe)兩類作用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)同時(shi)存在(zai)于(yu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)時(shi)，不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織就取決于(yu)它(ta)們(men)互相作用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果。如(ru)形(xing)成鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)占(zhan)優(you)勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織就是(shi)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)占(zhan)優(you)勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織則(ze)為奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)程(cheng)度(du)還不(bu)足以(yi)使(shi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)變點(dian)（M3）降至室溫(wen)以(yi)下(xia)，自高溫(wen)冷卻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在(zai)高于(yu)室溫(wen)即轉(zhuan)(zhuan)變為馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，這(zhe)樣鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織就是(shi)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。為了簡便起見，可(ke)把(ba)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)成元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)折合成鉻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)，把(ba)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)成元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)折合成鎳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)，而(er)制成鉻當(dang)量［Cr］。和鎳當(dang)量［Ni］eq圖，以(yi)表(biao)明鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實際成分(fen)和所得到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織狀態，見圖9.13。該圖適(shi)用(yong)于(yu)從高溫(wen)快速(su)冷卻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，因(yin)而(er)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)確定(ding)焊縫(feng)冷卻后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織。其(qi)中(zhong)：
圖9.13雖不(bu)能十(shi)分確(que)切地(di)確(que)定(ding)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)組織，但仍(reng)可以幫助了(le)解穩定(ding)奧氏體元素和鐵素體形成元素對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)組織的(de)相對(dui)影(ying)響，粗(cu)略(lve)地(di)分析一些具有復雜(za)化學成分的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織。
圖(tu)9.14是從大量Cr-Ni奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼的試驗數據中整理得到的，適用于1150℃熱加(jia)工后冷(leng)卻狀態的不(bu)銹(xiu)鋼組(zu)織。該圖(tu)考慮了元素間的交互作(zuo)用：
