各種不銹鋼中包含有Cr、Ni、Mn、Mo、Cu、Si、C、N、Nb等合金元素，它們對鋼的組織有不同的影響，Cr、Mo、Ti、Nb本身具有體心立方（bcc）晶格結構，加入鋼中使占α-Fe體心立方晶格結構穩定，因而是縮小γ區的元素，使A3上升，A4下降，見圖1-8（b）。在Fe-Cr合金中，Cr含量大于13％時就不出現高溫γ相區了。高鉻不銹鋼如Cr17，Cr25是屬于鐵素體不銹鋼，從高溫到室溫具有體心立方晶格結構，只有鐵素體單相。鉬、鈦、鈮等加入都縮小γ相區，使鐵素體含量增加。所以稱鉻、鉬、鈦、鈮等為鐵素體形成元素。


8.jpg


  鎳、錳(meng)、銅等元素本身具有面心立(li)(li)方(fang)晶(jing)格(ge)結構(gou)，加入(ru)鋼中使(shi)(shi)A3下降、A4上升，擴(kuo)大γ相區，并(bing)且穩(wen)定γ-Fe，使(shi)(shi)高溫面心立(li)(li)方(fang)晶(jing)格(ge)結構(gou)的奧氏體(ti)能夠穩(wen)定到室溫，沒有相變產生。但銅的作用比鎳、錳(meng)小得多(duo)，鎳、錳(meng)在一定溫度范圍(wei)內可與γ-Fe無(wu)限(xian)互(hu)溶。



1. Fe-Cr 不銹鋼


  不(bu)銹鋼的(de)基(ji)本金相(xiang)組織可(ke)用(yong)Fe-Cr系(xi)列狀(zhuang)態圖表(biao)示，如(ru)圖1-8所示。在(zai)(zai)800～1200℃之(zhi)間(jian)，在(zai)(zai)所謂的(de)γ環形圈內，是(shi)(shi)以(yi)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)（y）存(cun)在(zai)(zai)。γ相(xiang)急劇(ju)冷卻時，則變態為馬氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)。在(zai)(zai)γ環形圈外側，從(cong)高(gao)溫到常溫以(yi)穩(wen)定的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)相(xiang)（α）存(cun)在(zai)(zai)。馬氏體(ti)(ti)(ti)系(xi)列不(bu)銹鋼、鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)系(xi)列不(bu)銹鋼就是(shi)(shi)含(han)有這(zhe)些金相(xiang)組織的(de)不(bu)銹鋼。所以(yi)Fe-Cr系(xi)列不(bu)銹鋼一般不(bu)是(shi)(shi)馬氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼，就是(shi)(shi)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼。


  從圖1-8中可以看出(chu)，除了(le)在(zai)一定濃度(du)、溫度(du)范圍形成(cheng)。相(xiang)(xiang)(xiang)外，在(zai)相(xiang)(xiang)(xiang)當大的(de)(de)(de)鉻(ge)含量(liang)范圍內形成(cheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)（鐵素體）。仔細分(fen)(fen)析Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖的(de)(de)(de)左側部分(fen)(fen)，在(zai)鉻(ge)含量(liang)小于8％時(shi)(shi)，隨鉻(ge)量(liang)的(de)(de)(de)增多，A4點(dian)(dian)(dian)降(jiang)低，A3點(dian)(dian)(dian)也降(jiang)低；鉻(ge)含量(liang)大于8％時(shi)(shi)，隨鉻(ge)量(liang)的(de)(de)(de)增多，A3點(dian)(dian)(dian)升高，A4點(dian)(dian)(dian)降(jiang)低，從而在(zai)鉻(ge)含量(liang)小于12.5％的(de)(de)(de)范圍內形成(cheng)封(feng)閉的(de)(de)(de)γ圈。這(zhe)表(biao)明，鉻(ge)含量(liang)大于12.5％的(de)(de)(de)Fe-Cr合金，就不(bu)再出(chu)現(xian)γ相(xiang)(xiang)(xiang)。因而，高鉻(ge)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，如Cr17、Cr25、Cr28等，都是(shi)鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，這(zhe)些鋼(gang)(gang)從高溫到室(shi)溫都是(shi)體心立方（bcc）點(dian)(dian)(dian)陣，即不(bu)論加熱和冷卻都不(bu)發生α→γ相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)。



2. Fe-Cr-Ni-Mn 不銹鋼


  從(cong)冶金(jin)觀點來(lai)說，奧(ao)氏體組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)無論對鋼廠(chang)還是(shi)對加工制造廠(chang)都(dou)是(shi)他們所希望和需要的(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)結(jie)構(gou)。在不銹鋼中，可(ke)以(yi)使用(yong)其(qi)他奧(ao)氏體形(xing)成(cheng)元素，如錳、氮(dan)、銅等來(lai)部分地代替鎳(nie)以(yi)保持其(qi)奧(ao)氏體組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。在由(you)于(yu)鎳(nie)的(de)供應短缺的(de)情況下，這(zhe)種200類(lei)型(xing)的(de)節(jie)鎳(nie)型(xing)鋼得到(dao)了極大(da)的(de)發(fa)展。這(zhe)類(lei)鋼在卡車、拖車、汽車以(yi)及軌道交通等的(de)制造中得到(dao)大(da)量應用(yong)。


  Fe-Cr-Mn三(san)元(yuan)(yuan)(yuan)系中(zhong)，既有縮小(xiao)γ相區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素Cr，又(you)有擴大γ相區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素Ni或Mn，在(zai)這種情況下，不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組織就要由給定(ding)成分的(de)(de)(de)(de)合金在(zai)Fe-Cr-Mn相圖中(zhong)的(de)(de)(de)(de)位置來(lai)確定(ding)。例如，在(zai)Fe-Cr-Mn三(san)元(yuan)(yuan)(yuan)相圖的(de)(de)(de)(de)1000℃等溫(wen)(wen)截面上(shang)（圖1-9）可以看出，Mn擴大γ相區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)能力比(bi)Ni小(xiao)，含(han)錳的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)溶解促成鐵素體(ti)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素Cr的(de)(de)(de)(de)量(liang)最(zui)多只(zhi)有14％。Cr17Mn13鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)成分示態點在(zai)γy+αα兩相區(qu)(qu)；由于(yu)含(han)錳奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)有足夠的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)，在(zai)冷(leng)至室溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)過程中(zhong)不發生(sheng)相變，因而(er)得(de)到的(de)(de)(de)(de)是奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)加(jia)鐵素體(ti)的(de)(de)(de)(de)雙相組織。


9.jpg


  在1955年，12Cr17Mn6Ni5N（201）型不銹鋼被AISI接納為標準(zhun)成(cheng)分(fen)。12Cr18Mn9Ni5N（202）型也(ye)被采用。


  當把兩種選(xuan)擇的(de)(de)材(cai)料的(de)(de)各種性能(neng)進行比較(jiao)時，就會發(fa)(fa)現200系列具有一(yi)些(xie)明顯的(de)(de)優點。200系列合金較(jiao)高的(de)(de)退火強度(du)對某些(xie)用途是非(fei)常重要的(de)(de)，而且在生產和加工中(zhong)也(ye)會發(fa)(fa)現許多(duo)優點。除此之外，200系列不銹鋼的(de)(de)價格也(ye)比300系列的(de)(de)低。




3. Fe-Cr-Ni 不銹鋼


  Fe-Cr-Ni系列狀態圖如(ru)圖1-9所示。Ni是(shi)穩定奧氏體相（y）的(de)元素，30％Ni將γ區(qu)擴大至500～1450℃區(qu)間內。


  Fe-Cr-Ni三元(yuan)系中，既有(you)縮(suo)小γ相(xiang)區的(de)(de)元(yuan)素Cr，又有(you)擴(kuo)大(da)γ相(xiang)區的(de)(de)元(yuan)素Ni或(huo)Mn，在這種情況下，不銹鋼的(de)(de)組織(zhi)就要由給(gei)定(ding)成分的(de)(de)合金(jin)在Fe-Cr-Ni相(xiang)圖中的(de)(de)位置來確定(ding)。例如，在Fe-Cr-Ni三元(yuan)相(xiang)圖的(de)(de)1100℃等(deng)溫截面上（圖1-10），Cr18Ni8的(de)(de)成分示態點在γ相(xiang)區，于是，這種成分的(de)(de)鋼快冷至(zhi)室溫后(hou)，即可得到單相(xiang)奧氏體(ti)組織(zhi)。