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)、鋁對不銹鋼組織和性能的影響
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)銹鋼組織和性能(neng)的影響
鎳是擴大奧氏(shi)體區的(de)(de)元(yuan)素(su)，在不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)多與鉻(ge)(ge)配合(he)(he)，以獲(huo)得奧氏(shi)體-鐵素(su)體雙相組織或單相奧氏(shi)體組織，使(shi)鋼(gang)(gang)具(ju)有更好(hao)(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和良好(hao)(hao)的(de)(de)成形性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)及焊接(jie)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。鎳能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)使(shi)合(he)(he)金表面鈍化，擴大鋼(gang)(gang)在酸(suan)中(zhong)的(de)(de)鈍化范圍，但不能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)改善其對稀硝(xiao)酸(suan)的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)提高(gao)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)抗硫(liu)酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕(shi)(shi)介質的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，是耐蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)主要合(he)(he)金元(yuan)素(su)。如果單獨(du)使(shi)用鎳作為(wei)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)合(he)(he)金元(yuan)素(su)，其質量(liang)(liang)分數要高(gao)達24％才能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)得到全奧氏(shi)體組織，而在低碳鉻(ge)(ge)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)基(ji)礎(chu)上，加(jia)入質量(liang)(liang)分數為(wei)9％的(de)(de)鎳，即可獲(huo)得耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)好(hao)(hao)、綜(zong)合(he)(he)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)好(hao)(hao)的(de)(de)室溫下穩定的(de)(de)奧氏(shi)體組織，既能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)要求，又能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)溫強度和抗氧化性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，成為(wei)一種(zhong)具(ju)有良好(hao)(hao)綜(zong)合(he)(he)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。
3. 鉬和銅對(dui)不銹鋼組織和性能的影響
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。
銅可以提高(gao)鋼(gang)(gang)對非氧化(hua)性(xing)(xing)介質的抗蝕能力，進(jin)一(yi)步(bu)擴大鋼(gang)(gang)的穩定性(xing)(xing)范圍(wei)。在鉻鎳不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中加入銅能促使鋼(gang)(gang)產生(sheng)彌散(san)硬化(hua)組織(zhi)，提高(gao)鋼(gang)(gang)的熱強性(xing)(xing)。與(yu)鉬配合使用，可進(jin)一(yi)步(bu)提高(gao)鉻鎳不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在稀硫(liu)酸中的耐蝕性(xing)(xing)能。列(lie)人(ren)我國國家標準的牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和(he)氮對(dui)不銹(xiu)鋼組(zu)織和(he)性(xing)能的影響
錳和(he)氮，它們(men)都是促(cu)進奧(ao)氏體(ti)形(xing)成的(de)(de)元素，其中(zhong)(zhong)氮比錳的(de)(de)作用(yong)更(geng)為(wei)強烈。為(wei)了(le)節省昂貴(gui)的(de)(de)鎳的(de)(de)用(yong)量(liang)，可用(yong)它們(men)替代奧(ao)氏體(ti)型不銹鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)一部分(fen)鎳。錳和(he)氮能大大提(ti)高鉻不銹鋼在有機酸中(zhong)(zhong)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)。
這類鋼列(lie)人我國國家標(biao)準(zhun)的(de)牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和(he)12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含量過(guo)高(gao)時(shi)(shi)(shi)，對含鉻(ge)量較低的(de)不銹鋼的(de)耐蝕性(xing)(xing)不利，還會(hui)使鑄鋼件產生氣孔，同時(shi)(shi)(shi)增加(jia)材料或(huo)接頭的(de)硬度(du)，給冷(leng)加(jia)工帶(dai)來困難。氮(dan)與碳(tan)共同作用(yong)能(neng)提高(gao)奧氏體型鋼的(de)熱強(qiang)(qiang)性(xing)(xing)，氮(dan)的(de)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)作用(yong)在于時(shi)(shi)(shi)效過(guo)程中形成氮(dan)化(hua)(hua)物和(he)碳(tan)氮(dan)化(hua)(hua)物。
氮(dan)(dan)對雙相(xiang)不銹鋼有重(zhong)要(yao)作用(yong)：在焊(han)接接頭熱影響區快速冷卻時，氮(dan)(dan)促進了高(gao)(gao)溫下形成的(de)(de)鐵素體(ti)逆轉變為足夠(gou)的(de)(de)二次奧(ao)氏(shi)體(ti)以維持(chi)必要(yao)的(de)(de)相(xiang)平(ping)衡，提(ti)高(gao)(gao)了接頭的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)；氮(dan)(dan)可以提(ti)高(gao)(gao)富氮(dan)(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)的(de)(de)耐(nai)孔蝕能(neng)力，與富鉻、鉬的(de)(de)鐵素體(ti)相(xiang)取得平(ping)衡，提(ti)高(gao)(gao)了材料整(zheng)體(ti)的(de)(de)耐(nai)孔蝕性(xing)能(neng)；氮(dan)(dan)能(neng)減輕鉻、鎳(nie)等元素在兩(liang)相(xiang)中(zhong)分布的(de)(de)差(cha)異，降(jiang)低(di)選擇腐蝕的(de)(de)傾向性(xing)。
5. 鈦(tai)和鈮對不銹(xiu)鋼組織(zhi)和性能的影響
鈦和(he)鈮，它們與碳的(de)親(qin)和(he)力比鉻(ge)大，能優(you)先形成穩定碳化物(wu)，減輕晶間腐蝕(shi)傾(qing)向。
在(zai)鉻(ge)鎳(nie)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中，當鈦(tai)的(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)(liang)(liang)(liang)大于(yu)碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)5倍，或者鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)(liang)(liang)(liang)大于(yu)碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)8倍時，可(ke)以(yi)使絕(jue)大部(bu)分(fen)的(de)(de)(de)碳(tan)存在(zai)于(yu)鈦(tai)或鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)碳(tan)化物之(zhi)中，因而使固(gu)(gu)溶碳(tan)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)降到(dao)(dao)0.03％以(yi)下，這就(jiu)能保證鉻(ge)在(zai)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)有效(xiao)固(gu)(gu)溶濃度(du)。由(you)于(yu)鉻(ge)在(zai)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)有效(xiao)固(gu)(gu)溶濃度(du)得到(dao)(dao)保證、從而改善鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)抗(kang)晶間(jian)腐蝕能力(li)。鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)達(da)到(dao)(dao)0.5％～2.0％，既能提(ti)高奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱強性，又能提(ti)高鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)持(chi)久(jiu)塑性。鈮(ni)(ni)(ni)在(zai)含(han)(han)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)(liang)較低的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)中會(hui)促進近縫(feng)區和焊縫(feng)金屬(shu)產生裂紋，在(zai)鉻(ge)鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)中鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)應(ying)控制在(zai)1.0％范圍(wei)內。這類鋼(gang)(gang)列入我國(guo)國(guo)家標(biao)準的(de)(de)(de)牌號(hao)很多，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳(tan)對(dui)不(bu)銹鋼組織和性(xing)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。
上述合金元(yuan)素(su)對(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)作用不(bu)是簡單的(de)(de)(de)疊(die)加(jia)，也不(bu)是相互抵消的(de)(de)(de)。它(ta)們相互之(zhi)間有時會發生(sheng)新的(de)(de)(de)物(wu)(wu)理化(hua)學作用，往往會引起強(qiang)化(hua)力學性能(neng)的(de)(de)(de)作用。各種合金元(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織結構和(he)性能(neng)的(de)(de)(de)影響見表1-13，亦可(ke)參見圖1-1、圖1-2。從(cong)表中可(ke)以看出(chu)，合金元(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織的(de)(de)(de)影響基本(ben)上分三大類：第(di)一(yi)類是形(xing)成(cheng)鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，有鉻、硅、鋁、鉬、鈦(tai)、鈮等(deng)；第(di)二類是形(xing)成(cheng)奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，有碳、氮、鎳、錳、銅(tong)，其(qi)中碳和(he)氮的(de)(de)(de)作用程度最大；第(di)三類是形(xing)成(cheng)碳化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)、有鈮、鈦(tai)、碳、鉻、鎢、錳、鉬等(deng)。加(jia)入銅(tong)、鋁、鈦(tai)、鈮、氮等(deng)元(yuan)素(su)能(neng)促使鋼(gang)產(chan)生(sheng)彌(mi)散硬化(hua)，從(cong)而提(ti)高鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強(qiang)性。
表1-13 各種合金元素(su)對不銹鋼(gang)組織結構(gou)和性能的影響
