下面介紹不(bu)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(xiu)鋼組織(zhi)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. 鎳對不銹鋼組織和性能的影響

  鎳(nie)是(shi)擴大奧(ao)氏(shi)體區(qu)的(de)(de)元(yuan)素，在(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)多與(yu)鉻(ge)配合(he)(he)(he)，以(yi)獲(huo)得奧(ao)氏(shi)體-鐵素體雙相(xiang)組織(zhi)(zhi)或單相(xiang)奧(ao)氏(shi)體組織(zhi)(zhi)，使(shi)鋼具有更好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)和良(liang)好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)成形性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)及焊(han)接性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)(neng)使(shi)合(he)(he)(he)金(jin)表(biao)面鈍化，擴大鋼在(zai)(zai)酸中(zhong)(zhong)的(de)(de)鈍化范圍，但不(bu)能(neng)(neng)(neng)改善其(qi)對稀硝酸的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)提高不(bu)銹(xiu)鋼抗硫酸、鹽酸等腐蝕(shi)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，是(shi)耐蝕(shi)鋼的(de)(de)主要(yao)合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)素。如果單獨使(shi)用鎳(nie)作(zuo)為(wei)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)素，其(qi)質(zhi)(zhi)量分數(shu)要(yao)高達24％才(cai)能(neng)(neng)(neng)得到(dao)全奧(ao)氏(shi)體組織(zhi)(zhi)，而在(zai)(zai)低碳鉻(ge)不(bu)銹(xiu)鋼（wcr＞17％）的(de)(de)基礎上，加入質(zhi)(zhi)量分數(shu)為(wei)9％的(de)(de)鎳(nie)，即可(ke)獲(huo)得耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)好(hao)(hao)(hao)、綜合(he)(he)(he)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)好(hao)(hao)(hao)的(de)(de)室溫下穩定的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體組織(zhi)(zhi)，既能(neng)(neng)(neng)滿足鋼的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)要(yao)求，又能(neng)(neng)(neng)提高鋼的(de)(de)高溫強度和抗氧化性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，成為(wei)一(yi)種具有良(liang)好(hao)(hao)(hao)綜合(he)(he)(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)鋼種。

3. 鉬和(he)(he)銅對不銹鋼組織和(he)(he)性能的影(ying)響

  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(tong)可(ke)以提(ti)高鋼(gang)(gang)對非(fei)氧化性介(jie)質的抗蝕(shi)能(neng)力，進一步擴(kuo)大(da)鋼(gang)(gang)的穩定性范圍。在鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中加入銅(tong)能(neng)促使鋼(gang)(gang)產(chan)生(sheng)彌散硬(ying)化組(zu)織，提(ti)高鋼(gang)(gang)的熱強性。與(yu)鉬配合使用，可(ke)進一步提(ti)高鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在稀硫(liu)酸中的耐蝕(shi)性能(neng)。列人我國(guo)國(guo)家(jia)標準的牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和(he)022Cr18Ni14Mo2Cu2等。

4. 錳和氮對不銹鋼組織和性能(neng)的(de)影響

  錳(meng)和氮，它們都(dou)是(shi)促進奧(ao)(ao)氏體(ti)形成的(de)(de)元素，其中氮比(bi)錳(meng)的(de)(de)作用更為強(qiang)烈(lie)。為了(le)節(jie)省昂貴的(de)(de)鎳的(de)(de)用量，可(ke)用它們替代(dai)奧(ao)(ao)氏體(ti)型不銹鋼中的(de)(de)一(yi)部分鎳。錳(meng)和氮能大大提(ti)高鉻(ge)不銹鋼在(zai)有機酸中的(de)(de)耐蝕性。

  這類(lei)鋼列人我國國家標準(zhun)的(de)牌號有(you)12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含量(liang)過高(gao)時(shi)，對含鉻量(liang)較低的(de)不銹鋼的(de)耐蝕性不利，還(huan)會使鑄鋼件(jian)產生氣孔，同時(shi)增加材(cai)料或接頭的(de)硬(ying)度，給冷加工(gong)帶來困難。氮(dan)(dan)與(yu)碳共同作用能(neng)提高(gao)奧氏(shi)體型鋼的(de)熱強性，氮(dan)(dan)的(de)強化作用在于時(shi)效(xiao)過程中(zhong)形成(cheng)氮(dan)(dan)化物(wu)和碳氮(dan)(dan)化物(wu)。

  氮對(dui)雙相(xiang)(xiang)(xiang)不銹(xiu)鋼有重(zhong)要作用(yong)：在焊接(jie)接(jie)頭(tou)熱影(ying)響區(qu)快速冷卻(que)時，氮促進了高溫下形成的(de)(de)鐵素體逆轉變為足(zu)夠的(de)(de)二次奧氏體以維(wei)持必要的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)平(ping)衡，提高了接(jie)頭(tou)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性；氮可以提高富氮奧氏體相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)能力，與富鉻、鉬的(de)(de)鐵素體相(xiang)(xiang)(xiang)取得平(ping)衡，提高了材(cai)料整(zheng)體的(de)(de)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)性能；氮能減輕鉻、鎳等元素在兩相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)分(fen)布的(de)(de)差異(yi)，降(jiang)低選(xuan)擇(ze)腐蝕(shi)的(de)(de)傾向性。

5. 鈦和鈮對不銹鋼(gang)組織和性能的影響

  鈦(tai)和(he)鈮，它們與(yu)碳的親和(he)力比鉻(ge)大(da)，能優先(xian)形成穩(wen)定(ding)碳化物，減輕(qing)晶間(jian)腐蝕傾向。

  在(zai)鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)，當(dang)鈦的(de)(de)加入量(liang)大于碳(tan)(tan)含量(liang)的(de)(de)5倍，或(huo)(huo)者鈮(ni)(ni)的(de)(de)加入量(liang)大于碳(tan)(tan)含量(liang)的(de)(de)8倍時，可以使(shi)絕大部分的(de)(de)碳(tan)(tan)存在(zai)于鈦或(huo)(huo)鈮(ni)(ni)的(de)(de)碳(tan)(tan)化物之中(zhong)，因而使(shi)固(gu)溶碳(tan)(tan)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)降到0.03％以下，這就能保證鉻(ge)在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)有效固(gu)溶濃度(du)。由于鉻(ge)在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)有效固(gu)溶濃度(du)得到保證、從(cong)而改善(shan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)抗晶間(jian)腐蝕能力。鈮(ni)(ni)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)達到0.5％～2.0％，既能提(ti)高奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱強性(xing)，又能提(ti)高鋼(gang)(gang)的(de)(de)持久塑性(xing)。鈮(ni)(ni)在(zai)含碳(tan)(tan)量(liang)較(jiao)低的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)中(zhong)會(hui)促進近縫(feng)區和(he)焊縫(feng)金屬產生裂紋，在(zai)鉻(ge)鎳奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)中(zhong)鈮(ni)(ni)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)應控制在(zai)1.0％范圍內。這類鋼(gang)(gang)列入我國(guo)國(guo)家標準的(de)(de)牌號很多，如06Cr18Ni11Ti和(he)06Cr18Nil1Nb等。

6. 碳對不銹鋼組織和性能的影響

  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。

  上述(shu)合金元(yuan)素(su)對(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)作用不(bu)是(shi)簡(jian)單的(de)(de)(de)疊加(jia)(jia)，也不(bu)是(shi)相互抵消的(de)(de)(de)。它們相互之間(jian)有時會發(fa)生新(xin)的(de)(de)(de)物(wu)理化學作用，往往會引起(qi)強化力學性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)作用。各種合金元(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹鋼(gang)組織結構和性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影(ying)響見(jian)表(biao)1-13，亦可(ke)參見(jian)圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從(cong)表(biao)中可(ke)以看(kan)出，合金元(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹鋼(gang)組織的(de)(de)(de)影(ying)響基本上分三大(da)類：第(di)一(yi)類是(shi)形(xing)成(cheng)(cheng)鐵素(su)體的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，有鉻、硅、鋁(lv)、鉬、鈦、鈮(ni)等；第(di)二類是(shi)形(xing)成(cheng)(cheng)奧氏體的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，有碳、氮(dan)(dan)、鎳、錳、銅，其中碳和氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)作用程度(du)最大(da)；第(di)三類是(shi)形(xing)成(cheng)(cheng)碳化物(wu)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)、有鈮(ni)、鈦、碳、鉻、鎢(wu)、錳、鉬等。加(jia)(jia)入銅、鋁(lv)、鈦、鈮(ni)、氮(dan)(dan)等元(yuan)素(su)能(neng)促(cu)使鋼(gang)產(chan)生彌散硬化，從(cong)而提高鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強性(xing)。

  表1-13 各種合(he)金元素對不銹鋼組織結構(gou)和性能的影響(xiang)