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(gui)、鋁對不銹鋼(gang)組(zu)織和性能的影響
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(bu)銹鋼組織和(he)性能(neng)的影響
鎳是擴(kuo)大(da)奧氏體(ti)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)，在(zai)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中多(duo)與鉻(ge)配合，以獲得(de)奧氏體(ti)-鐵素(su)體(ti)雙相(xiang)(xiang)組(zu)織(zhi)或(huo)單相(xiang)(xiang)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)，使鋼(gang)(gang)具有(you)更好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)形性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)及(ji)焊接性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。鎳能(neng)(neng)(neng)使合金(jin)(jin)表面鈍(dun)化，擴(kuo)大(da)鋼(gang)(gang)在(zai)酸中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化范圍，但不(bu)(bu)能(neng)(neng)(neng)改善(shan)其對稀硝酸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)抗硫酸、鹽酸等腐蝕(shi)(shi)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，是耐蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)合金(jin)(jin)元素(su)。如果單獨使用鎳作(zuo)為不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)(jin)元素(su)，其質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分數(shu)要(yao)高(gao)達24％才能(neng)(neng)(neng)得(de)到全(quan)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)，而在(zai)低(di)碳(tan)鉻(ge)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上，加入質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分數(shu)為9％的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳，即可獲得(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)好(hao)、綜合力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)室溫下穩定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)，既能(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)要(yao)求，又(you)能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫強度和抗氧化性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，成(cheng)為一種具有(you)良(liang)好(hao)綜合性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種。
3. 鉬(mu)和銅對不(bu)銹鋼組織(zhi)和性能(neng)的(de)影響(xiang)
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(ke)(ke)以提高(gao)鋼(gang)對非氧化性介質的抗蝕能(neng)力，進一步(bu)擴大鋼(gang)的穩(wen)定(ding)性范(fan)圍。在(zai)鉻鎳不銹鋼(gang)中加(jia)入銅能(neng)促使(shi)鋼(gang)產生彌散硬化組(zu)織，提高(gao)鋼(gang)的熱強性。與(yu)鉬配合使(shi)用，可(ke)(ke)進一步(bu)提高(gao)鉻鎳不銹鋼(gang)在(zai)稀(xi)硫酸(suan)中的耐蝕性能(neng)。列人我國國家標準的牌號(hao)有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮對不(bu)銹鋼(gang)組織和性能的影(ying)響(xiang)
錳和氮(dan)，它們都是促進奧氏體形成(cheng)的(de)元素，其中氮(dan)比錳的(de)作用更(geng)為(wei)強烈。為(wei)了節省昂貴的(de)鎳的(de)用量，可用它們替代奧氏體型不銹(xiu)鋼中的(de)一部分鎳。錳和氮(dan)能(neng)大大提高(gao)鉻不銹(xiu)鋼在有機(ji)酸中的(de)耐蝕性。
這類(lei)鋼(gang)(gang)列人(ren)我國國家標準的(de)牌號(hao)有(you)12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含量過高時(shi)，對(dui)含鉻(ge)量較低的(de)不銹鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)蝕性不利(li)，還會使(shi)鑄鋼(gang)(gang)件產生氣孔，同時(shi)增加材(cai)料或接頭的(de)硬(ying)度(du)，給冷加工帶來困難(nan)。氮與(yu)碳(tan)共(gong)同作用(yong)能提(ti)高奧氏(shi)體型鋼(gang)(gang)的(de)熱強性，氮的(de)強化(hua)作用(yong)在于時(shi)效過程中形成氮化(hua)物和碳(tan)氮化(hua)物。
氮(dan)(dan)對雙相不銹鋼有重要作用：在(zai)(zai)焊接(jie)接(jie)頭(tou)熱影響區(qu)快速冷卻時，氮(dan)(dan)促進了高(gao)溫下形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)鐵素體(ti)逆轉變為足夠的(de)(de)(de)(de)二次奧氏體(ti)以維持(chi)必要的(de)(de)(de)(de)相平衡，提高(gao)了接(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)；氮(dan)(dan)可(ke)以提高(gao)富(fu)氮(dan)(dan)奧氏體(ti)相的(de)(de)(de)(de)耐(nai)孔蝕能(neng)力(li)，與富(fu)鉻(ge)、鉬的(de)(de)(de)(de)鐵素體(ti)相取得(de)平衡，提高(gao)了材(cai)料整體(ti)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)孔蝕性(xing)能(neng)；氮(dan)(dan)能(neng)減輕鉻(ge)、鎳等元素在(zai)(zai)兩相中分布的(de)(de)(de)(de)差(cha)異，降(jiang)低選擇(ze)腐蝕的(de)(de)(de)(de)傾向性(xing)。
5. 鈦和(he)鈮對不(bu)銹(xiu)鋼組織和(he)性(xing)能的影響
鈦和(he)鈮，它們與碳的(de)親和(he)力(li)比鉻大，能優先形成穩定碳化物，減輕晶(jing)間腐(fu)蝕傾向。
在(zai)鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)加(jia)入(ru)量(liang)(liang)大于(yu)碳(tan)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)5倍，或(huo)者鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)加(jia)入(ru)量(liang)(liang)大于(yu)碳(tan)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍時(shi)，可以(yi)使(shi)絕大部(bu)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)存(cun)在(zai)于(yu)鈦或(huo)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物之(zhi)中(zhong)，因而使(shi)固溶碳(tan)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)(fen)數降(jiang)到(dao)0.03％以(yi)下，這就能保證(zheng)鉻在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)效固溶濃度。由于(yu)鉻在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)效固溶濃度得(de)到(dao)保證(zheng)、從而改善鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶(jing)間腐蝕能力。鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)(fen)數達到(dao)0.5％～2.0％，既(ji)能提高奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強(qiang)性，又(you)能提高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久塑性。鈮(ni)在(zai)含碳(tan)量(liang)(liang)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)會(hui)促進近縫(feng)(feng)區和焊縫(feng)(feng)金屬(shu)產生裂紋，在(zai)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)(fen)數應控制(zhi)在(zai)1.0％范(fan)圍(wei)內。這類鋼(gang)(gang)(gang)列入(ru)我國國家標準的(de)(de)(de)(de)牌號很多，如(ru)06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等(deng)。
6. 碳對不銹(xiu)鋼組織和性能的(de)影(ying)響
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(shu)合金元素對鋼(gang)的(de)(de)(de)作(zuo)用不是(shi)(shi)簡單的(de)(de)(de)疊加，也不是(shi)(shi)相互抵消的(de)(de)(de)。它們相互之間有(you)時(shi)會發生(sheng)新的(de)(de)(de)物理化(hua)(hua)(hua)學作(zuo)用，往往會引起強化(hua)(hua)(hua)力(li)學性能的(de)(de)(de)作(zuo)用。各(ge)種合金元素對不銹(xiu)鋼(gang)組織結(jie)構(gou)和(he)性能的(de)(de)(de)影響見表(biao)1-13，亦(yi)可參見圖1-1、圖1-2。從表(biao)中(zhong)可以看出，合金元素對不銹(xiu)鋼(gang)組織的(de)(de)(de)影響基本上(shang)分三大(da)類：第一類是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)鐵素體的(de)(de)(de)元素，有(you)鉻、硅、鋁(lv)、鉬、鈦、鈮等；第二類是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)奧氏體的(de)(de)(de)元素，有(you)碳、氮、鎳(nie)、錳(meng)、銅(tong)，其中(zhong)碳和(he)氮的(de)(de)(de)作(zuo)用程度最(zui)大(da)；第三類是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)碳化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)元素、有(you)鈮、鈦、碳、鉻、鎢、錳(meng)、鉬等。加入銅(tong)、鋁(lv)、鈦、鈮、氮等元素能促使(shi)鋼(gang)產生(sheng)彌(mi)散硬(ying)化(hua)(hua)(hua)，從而提高(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強性。
表1-13 各(ge)種(zhong)合金元(yuan)素對(dui)不銹鋼組(zu)織結構(gou)和性能(neng)的影(ying)響(xiang)
