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。


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  鎳(nie)、錳、銅(tong)等(deng)元素本身(shen)具有面(mian)心立方晶(jing)格結(jie)構，加(jia)入鋼(gang)中使A3下降、A4上升，擴大γ相(xiang)區，并(bing)且(qie)穩定γ-Fe，使高溫面(mian)心立方晶(jing)格結(jie)構的奧(ao)氏體(ti)能夠穩定到室溫，沒有相(xiang)變(bian)產生。但銅(tong)的作用比(bi)鎳(nie)、錳小得多，鎳(nie)、錳在(zai)一(yi)定溫度范圍(wei)內可與γ-Fe無限互溶。



1. Fe-Cr 不銹(xiu)鋼


  不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)基本金相(xiang)組織可用Fe-Cr系(xi)列狀態圖(tu)表示，如圖(tu)1-8所(suo)示。在(zai)(zai)800～1200℃之(zhi)間，在(zai)(zai)所(suo)謂的(de)(de)γ環(huan)形圈(quan)內(nei)，是以奧(ao)氏(shi)(shi)體相(xiang)（y）存在(zai)(zai)。γ相(xiang)急劇冷(leng)卻時，則變態為馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體相(xiang)。在(zai)(zai)γ環(huan)形圈(quan)外側，從(cong)高溫(wen)(wen)到常溫(wen)(wen)以穩(wen)定的(de)(de)鐵(tie)素體相(xiang)（α）存在(zai)(zai)。馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體系(xi)列不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素體系(xi)列不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)就(jiu)是含有這些金相(xiang)組織的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。所(suo)以Fe-Cr系(xi)列不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)一般不(bu)(bu)(bu)是馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，就(jiu)是鐵(tie)素體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。


  從(cong)圖(tu)1-8中(zhong)可以看出(chu)，除了(le)在(zai)一定濃度、溫(wen)度范圍形成。相(xiang)外，在(zai)相(xiang)當大(da)(da)的(de)(de)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)范圍內形成α相(xiang)（鐵素體(ti)(ti)）。仔(zi)細分析Fe-Cr相(xiang)圖(tu)的(de)(de)左側部分，在(zai)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)小于8％時(shi)，隨鉻(ge)(ge)量(liang)的(de)(de)增(zeng)多，A4點降低(di)，A3點也降低(di)；鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)大(da)(da)于8％時(shi)，隨鉻(ge)(ge)量(liang)的(de)(de)增(zeng)多，A3點升高(gao)(gao)，A4點降低(di)，從(cong)而(er)(er)在(zai)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)小于12.5％的(de)(de)范圍內形成封閉的(de)(de)γ圈。這(zhe)表明，鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)大(da)(da)于12.5％的(de)(de)Fe-Cr合金，就不(bu)(bu)再(zai)出(chu)現(xian)γ相(xiang)。因而(er)(er)，高(gao)(gao)鉻(ge)(ge)不(bu)(bu)銹鋼(gang)，如Cr17、Cr25、Cr28等(deng)，都(dou)是鐵素體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)，這(zhe)些鋼(gang)從(cong)高(gao)(gao)溫(wen)到(dao)室溫(wen)都(dou)是體(ti)(ti)心立方（bcc）點陣，即(ji)不(bu)(bu)論加熱(re)和冷卻都(dou)不(bu)(bu)發生(sheng)α→γ相(xiang)變。



2. Fe-Cr-Ni-Mn 不(bu)銹鋼


  從冶金觀點來說，奧氏(shi)體組(zu)織無論對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)廠(chang)(chang)還是(shi)對(dui)(dui)加工制造廠(chang)(chang)都是(shi)他們所希(xi)望和需要(yao)的組(zu)織結構。在(zai)不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)，可(ke)以(yi)使用(yong)其他奧氏(shi)體形成元素，如錳、氮(dan)、銅等(deng)來部(bu)分地代替鎳(nie)以(yi)保持其奧氏(shi)體組(zu)織。在(zai)由于鎳(nie)的供應短缺的情況下(xia)，這種(zhong)200類(lei)型的節鎳(nie)型鋼(gang)(gang)得到(dao)了極大的發展。這類(lei)鋼(gang)(gang)在(zai)卡車(che)、拖車(che)、汽車(che)以(yi)及軌道交(jiao)通等(deng)的制造中(zhong)得到(dao)大量應用(yong)。


  Fe-Cr-Mn三元(yuan)系中(zhong)(zhong)，既(ji)有(you)縮小(xiao)γ相(xiang)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)Cr，又有(you)擴大(da)γ相(xiang)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)Ni或(huo)Mn，在(zai)(zai)這種情況下，不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)就要由(you)(you)給(gei)定(ding)(ding)成(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合金在(zai)(zai)Fe-Cr-Mn相(xiang)圖中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置來確定(ding)(ding)。例如，在(zai)(zai)Fe-Cr-Mn三元(yuan)相(xiang)圖的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1000℃等溫(wen)截(jie)面上（圖1-9）可(ke)以(yi)看出，Mn擴大(da)γ相(xiang)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能力(li)比(bi)Ni小(xiao)，含錳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)溶解促成(cheng)鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)最多只有(you)14％。Cr17Mn13鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)示(shi)態(tai)點在(zai)(zai)γy+αα兩相(xiang)區(qu)(qu)；由(you)(you)于(yu)含錳奧氏體(ti)有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性，在(zai)(zai)冷(leng)至室溫(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)(zhong)不發生相(xiang)變，因而得(de)到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是奧氏體(ti)加鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雙(shuang)相(xiang)組(zu)織(zhi)。


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  在(zai)1955年，12Cr17Mn6Ni5N（201）型不(bu)銹鋼被AISI接納為標準成分。12Cr18Mn9Ni5N（202）型也(ye)被采用(yong)。


  當把兩種(zhong)選(xuan)擇的(de)材料的(de)各種(zhong)性(xing)能進行比較時，就(jiu)會發現200系(xi)(xi)列(lie)具有一些明顯的(de)優點(dian)。200系(xi)(xi)列(lie)合金(jin)較高(gao)的(de)退(tui)火強度對某些用(yong)途是非(fei)常(chang)重要的(de)，而且在(zai)生產和加工中也會發現許多優點(dian)。除此(ci)之(zhi)外，200系(xi)(xi)列(lie)不銹鋼(gang)的(de)價格也比300系(xi)(xi)列(lie)的(de)低。




3. Fe-Cr-Ni 不銹鋼


  Fe-Cr-Ni系列狀態圖(tu)如圖(tu)1-9所示。Ni是穩定奧氏體相（y）的(de)元素，30％Ni將(jiang)γ區(qu)擴(kuo)大(da)至500～1450℃區(qu)間(jian)內(nei)。


  Fe-Cr-Ni三元(yuan)系中，既有縮小γ相(xiang)區的(de)元(yuan)素Cr，又有擴大γ相(xiang)區的(de)元(yuan)素Ni或Mn，在(zai)這種情況(kuang)下，不銹鋼的(de)組織就要由給定(ding)成分的(de)合金在(zai)Fe-Cr-Ni相(xiang)圖中的(de)位置來確定(ding)。例如(ru)，在(zai)Fe-Cr-Ni三元(yuan)相(xiang)圖的(de)1100℃等溫(wen)截面上（圖1-10），Cr18Ni8的(de)成分示態點在(zai)γ相(xiang)區，于是，這種成分的(de)鋼快冷至室溫(wen)后(hou)，即可得(de)到(dao)單相(xiang)奧氏體組織。