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(duì)不銹鋼組織和性能的影響。

1. 鉻、硅、鋁對(duì)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(qiáng)的鐵素體形成元素，當(dāng)含鉻量超過(guò)12.7％時(shí)，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(jié)合的（FeCr）₂O₃致密的氧化膜，起強(qiáng)烈的鈍化作用；鉻又能提高鋼在電介質(zhì)中的電極電位，從而使鋼的化學(xué)穩(wěn)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(zhì)中生成致密的保護(hù)膜，其中鋁的作用比鉻還強(qiáng)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(dāng)硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.4％提高到2.4％時(shí)，鋼在980℃時(shí)抗氧化性能提高22倍。如果硅含量過(guò)高，會(huì)嚴(yán)重惡化穩(wěn)定奧氏體型鋼的焊接性，故必須嚴(yán)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(qiáng)度。

2. 鎳對(duì)不銹鋼組織和性能的影響

  鎳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，在不銹鋼中多與鉻配合，以獲得奧氏體-鐵素體雙相組織或單相奧氏體組織，使鋼具有更好的耐蝕性和良好的成形性能及焊接性能。鎳能使合金表面鈍化，擴(kuò)大鋼在酸中的鈍化范圍，但不能改善其對(duì)稀硝酸的耐蝕性。它能提高不銹鋼抗硫酸、鹽酸等腐蝕介質(zhì)的性能，是耐蝕鋼的主要合金元素。如果單獨(dú)使用鎳作為不銹鋼的合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高達(dá)24％才能得到全奧氏體組織，而在低碳鉻不銹鋼（wcr＞17％）的基礎(chǔ)上，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％的鎳，即可獲得耐蝕性好、綜合力學(xué)性能好的室溫下穩(wěn)定的奧氏體組織，既能滿足鋼的耐蝕性要求，又能提高鋼的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，成為一種具有良好綜合性能的鋼種。

3. 鉬和銅對(duì)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(zhì)中的穩(wěn)定性。它的獨(dú)特之處是能抵抗氯離子（Cl^-）產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕；同時(shí)也能提高奧氏體型鋼的熱強(qiáng)性，改善奧氏體鋼短時(shí)塑性和持久塑性。對(duì)焊接有利。但是鉬的加入將會(huì)縮小鋼中奧氏體相區(qū)，使奧氏體型不銹鋼中出現(xiàn)鐵素體相。為此，在含鉬的單相奧氏體不銹鋼中，相應(yīng)的奧氏體形成元素（如鎳、錳、氮等）的含量應(yīng)略有增加，目的是維持其全奧氏體組織。對(duì)于雙相不銹鋼，鉬促成鐵素體、對(duì)提高耐點(diǎn)腐蝕性能和提高抗應(yīng)力腐蝕性能都是有益的。但鉬含量多則會(huì)降低奧氏體型不銹鋼的韌性。

  銅可以提高鋼對(duì)非氧化性介質(zhì)的抗蝕能力，進(jìn)一步擴(kuò)大鋼的穩(wěn)定性范圍。在鉻鎳不銹鋼中加入銅能促使鋼產(chǎn)生彌散硬化組織，提高鋼的熱強(qiáng)性。與鉬配合使用，可進(jìn)一步提高鉻鎳不銹鋼在稀硫酸中的耐蝕性能。列人我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。

4. 錳和氮對(duì)不銹鋼組織和性能的影響

  錳和氮，它們都是促進(jìn)奧氏體形成的元素，其中氮比錳的作用更為強(qiáng)烈。為了節(jié)省昂貴的鎳的用量，可用它們替代奧氏體型不銹鋼中的一部分鎳。錳和氮能大大提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。

  這類鋼列人我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當(dāng)錳含量過(guò)高時(shí)，對(duì)含鉻量較低的不銹鋼的耐蝕性不利，還會(huì)使鑄鋼件產(chǎn)生氣孔，同時(shí)增加材料或接頭的硬度，給冷加工帶來(lái)困難。氮與碳共同作用能提高奧氏體型鋼的熱強(qiáng)性，氮的強(qiáng)化作用在于時(shí)效過(guò)程中形成氮化物和碳氮化物。

  氮對(duì)雙相不銹鋼有重要作用：在焊接接頭熱影響區(qū)快速冷卻時(shí)，氮促進(jìn)了高溫下形成的鐵素體逆轉(zhuǎn)變?yōu)樽銐虻亩螉W氏體以維持必要的相平衡，提高了接頭的耐蝕性；氮可以提高富氮奧氏體相的耐孔蝕能力，與富鉻、鉬的鐵素體相取得平衡，提高了材料整體的耐孔蝕性能；氮能減輕鉻、鎳等元素在兩相中分布的差異，降低選擇腐蝕的傾向性。

5. 鈦和鈮對(duì)不銹鋼組織和性能的影響

  鈦和鈮，它們與碳的親和力比鉻大，能優(yōu)先形成穩(wěn)定碳化物，減輕晶間腐蝕傾向。

  在鉻鎳不銹鋼中，當(dāng)鈦的加入量大于碳含量的5倍，或者鈮的加入量大于碳含量的8倍時(shí)，可以使絕大部分的碳存在于鈦或鈮的碳化物之中，因而使固溶碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到0.03％以下，這就能保證鉻在鋼中的有效固溶濃度。由于鉻在鋼中的有效固溶濃度得到保證、從而改善鋼的抗晶間腐蝕能力。鈮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5％～2.0％，既能提高奧氏體鋼的熱強(qiáng)性，又能提高鋼的持久塑性。鈮在含碳量較低的奧氏體鋼中會(huì)促進(jìn)近縫區(qū)和焊縫金屬產(chǎn)生裂紋，在鉻鎳奧氏體鋼中鈮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在1.0％范圍內(nèi)。這類鋼列入我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)很多，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。

6. 碳對(duì)不銹鋼組織和性能的影響

  碳是奧氏體形成元素，碳對(duì)提高奧氏體鋼耐熱強(qiáng)性有益，但碳對(duì)不銹鋼的耐蝕性不利，這是因?yàn)樘际且环N強(qiáng)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(xiàn)。碳在不銹鋼中大多數(shù)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(xiàn)在晶間或枝間，二次碳化則在晶內(nèi)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(guò)飽和情況下，受到適當(dāng)溫度加熱，則會(huì)發(fā)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(dāng)，當(dāng)加wcr＜12％時(shí)，晶粒邊界會(huì)出現(xiàn)貧鉻，即減少了晶界的鉻有效含量，導(dǎo)致鋼的耐腐蝕性能降低-產(chǎn)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(shí)，不銹鋼碳的含量愈少，耐腐蝕性愈好。在我國(guó)不銹鋼的牌號(hào)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。

  上述合金元素對(duì)鋼的作用不是簡(jiǎn)單的疊加，也不是相互抵消的。它們相互之間有時(shí)會(huì)發(fā)生新的物理化學(xué)作用，往往會(huì)引起強(qiáng)化力學(xué)性能的作用。各種合金元素對(duì)不銹鋼組織結(jié)構(gòu)和性能的影響見(jiàn)表1-13，亦可參見(jiàn)圖1-1、圖1-2。從表中可以看出，合金元素對(duì)不銹鋼組織的影響基本上分三大類：第一類是形成鐵素體的元素，有鉻、硅、鋁、鉬、鈦、鈮等；第二類是形成奧氏體的元素，有碳、氮、鎳、錳、銅，其中碳和氮的作用程度最大；第三類是形成碳化物的元素、有鈮、鈦、碳、鉻、鎢、錳、鉬等。加入銅、鋁、鈦、鈮、氮等元素能促使鋼產(chǎn)生彌散硬化，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。

  表1-13 各種合金元素對(duì)不銹鋼組織結(jié)構(gòu)和性能的影響