廣泛使用的不銹鋼仍然是高鉻鋼，因此首先分析Fe-Cr二元平衡圖，然后討論碳對Fe-Cr相圖的影響。圖(tu)2.12為Fe-Cr二元平(ping)衡圖(tu)。Fe和Cr的(de)(de)原子(zi)半徑尺寸相(xiang)近（表2.1），Cr加入Fe中后(hou)可(ke)以與(yu)α-Fe無(wu)限(xian)互溶。約(yue)在12％Cr和1000℃時封閉y區(qu)，以后(hou)是α＋γ兩相(xiang)區(qu)，當鉻含量超過14％后(hou)，將得到α固溶體。需(xu)要指(zhi)出，γ區(qu)和α＋y區(qu)邊(bian)(bian)界(jie)的(de)(de)測定結果(guo)與(yu)所(suo)用(yong)原料的(de)(de)純(chun)度有(you)關，早期使用(yong)的(de)(de)原料不可(ke)能很純(chun)，所(suo)含碳及氮較高。圖(tu)2.12的(de)(de)y區(qu)和α＋γ雙相(xiang)區(qu)邊(bian)(bian)界(jie)數據來自于(yu)文獻。
由圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時(shi)的平(ping)衡圖(tu)可以(yi)看出，隨Cr／C的增加，鋼中(zhong)先(xian)后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是縮(suo)小Fe-C合金γ相區的元(yuan)素(su)，圖(tu)2.34可以(yi)顯(xian)示鉻(ge)縮(suo)小y相區的趨勢，當鉻(ge)含量為(wei)20％時(shi)，γ相區縮(suo)小為(wei)一點(dian)。
碳能擴大Fe-Cr平衡圖的(de)(de)γ相區，但其(qi)溶解度極限卻隨(sui)鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)提(ti)高(gao)而減少(shao)。圖9.6表(biao)明，在碳含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％的(de)(de)Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)達18％時(shi)(shi)高(gao)溫下(xia)仍為(wei)單(dan)(dan)一的(de)(de)y相；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)范圍在18％～27％時(shi)(shi)，鋼(gang)在高(gao)溫時(shi)(shi)的(de)(de)組織為(wei)a＋y相；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)高(gao)于27％時(shi)(shi)，鋼(gang)的(de)(de)組織將成為(wei)單(dan)(dan)一的(de)(de)α相，不可能產(chan)生馬氏體相變。碳含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％和鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)18％時(shi)(shi)，單(dan)(dan)一的(de)(de)γ相區最寬(kuan)，如果繼續提(ti)高(gao)碳含(han)(han)量(liang)(liang)，將生成碳化物相。
不銹鋼(gang)的(de)鉻含(han)量(liang)一般(ban)在12％以上(shang)，在Fe-Cr-C合金中，馬氏體(ti)鋼(gang)鉻含(han)量(liang)為12％～18％，鐵(tie)素體(ti)鋼(gang)鉻含(han)量(liang)為15％～30％，這兩類鋼(gang)的(de)鉻含(han)量(liang)有重(zhong)復(fu)的(de)區(qu)域（15％～18％），至于(yu)屬于(yu)哪(na)一類，取(qu)決于(yu)其碳含(han)量(liang)。
含(han)鉻(ge)(ge)的奧氏(shi)體（y相）不穩(wen)定，只存在于(yu)高溫區，緩冷時轉變為鐵素體（α相），急冷時可以轉變為馬氏(shi)體；加入碳之后，可以擴大y相區；速冷后，可以獲得部分殘余奧氏(shi)體，但高碳的奧氏(shi)體在冷卻過程中(zhong)易于(yu)析出(chu)碳化鉻(ge)(ge)而降低(di)基體中(zhong)的鉻(ge)(ge)含(han)量，降低(di)了鋼的耐蝕性。
為了能(neng)在(zai)室(shi)溫獲得穩定的奧(ao)氏體，可在(zai)Fe-C中(zhong)加入鎳和(he)錳，兩者(zhe)都是擴大γ相區的元素(su)。圖(tu)(tu)2.5、圖(tu)(tu)2.7分(fen)別為Fe-Mn和(he)Fe-Ni的平衡(heng)圖(tu)(tu)，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可生成(cheng)無限互(hu)溶的γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三(san)元系在高(gao)(gao)溫的(de)(de)相(xiang)圖，可以(yi)看出，由(you)于鎳的(de)(de)存在，在1100℃下，y相(xiang)區擴展到(dao)較高(gao)(gao)的(de)(de)鉻含(han)量，這種高(gao)(gao)溫穩(wen)定(ding)的(de)(de)γ相(xiang)急冷(leng)到(dao)室溫，形成如圖9.8所示的(de)(de)室溫下的(de)(de)各(ge)種亞穩(wen)相(xiang)及穩(wen)定(ding)相(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體不銹鋼中用錳完全代替鎳是有困難的。根據Fe-Cr-Mn三元相圖（圖9.9及圖9.10），當鉻含量大于15％時，錳含量的增加并不能避免α相的出現。為了節約鎳，在18Cr-8Ni 奧氏體不銹鋼中，可以用8％Mn代替其中的4％Ni。圖9.11為Fe-Cr-Ni-Mn相圖，可以看出，在Cr-Mn鋼中加入少量的氮可使獲得奧氏體組織所需的鎳含量大大減少。圖9.12也表明，在含18.5％Cr的鋼中，加入少量的氮可以顯著減少為獲得奧氏體所需的鎳含量。
合金元素對不(bu)銹鋼組織(zhi)的影響基本(ben)上可以分(fen)為兩大類：一類是(shi)擴大奧氏體區(qu)或(huo)穩定奧氏體的元素，它們是(shi)碳、氮、鎳、錳、銅等；另一類是封閉或縮小奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)區(qu)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)，它(ta)們是鉻(ge)、硅、鈦、鈮、鉬等。當(dang)這兩類作用不(bu)(bu)同(tong)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)同(tong)時存(cun)在于不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)時，不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就取決(jue)于它(ta)們互相作用的(de)結果(guo)。如形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)在鋼(gang)中(zhong)占優勢，鋼(gang)的(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就是鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)；如穩定奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)在鋼(gang)中(zhong)占優勢，鋼(gang)的(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)則為奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)；如穩定奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)的(de)作用程(cheng)度還(huan)不(bu)(bu)足以(yi)使鋼(gang)的(de)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變點(dian)（M3）降至室(shi)溫以(yi)下(xia)，自高(gao)溫冷(leng)卻的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)在高(gao)于室(shi)溫即(ji)轉變為馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，這樣(yang)鋼(gang)的(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就是馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)。為了簡便(bian)起(qi)見(jian)，可把(ba)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)折合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)鉻(ge)的(de)作用，把(ba)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)折合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)鎳的(de)作用，而(er)制成(cheng)(cheng)(cheng)鉻(ge)當(dang)量［Cr］。和鎳當(dang)量［Ni］eq圖，以(yi)表明(ming)鋼(gang)的(de)實際成(cheng)(cheng)(cheng)分和所(suo)得到(dao)的(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)狀態，見(jian)圖9.13。該圖適用于從高(gao)溫快速(su)冷(leng)卻的(de)Cr-Ni系不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，因而(er)可以(yi)用來確(que)定焊縫(feng)冷(leng)卻后的(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。其(qi)中(zhong)：
圖9.13雖不能(neng)十分(fen)確切(qie)地確定不銹鋼中的組(zu)織，但仍可以(yi)幫助了解穩(wen)定奧氏(shi)體元(yuan)素和鐵素體形成元(yuan)素對不銹鋼中組(zu)織的相對影(ying)響，粗略(lve)地分(fen)析一些(xie)具有復雜(za)化學成分(fen)的不銹鋼組(zu)織。
圖9.14是從(cong)大(da)量Cr-Ni奧氏體不(bu)銹鋼的試驗數據中整理得到的，適(shi)用于1150℃熱加工后冷卻狀態(tai)的不(bu)銹鋼組織。該(gai)圖考慮了元素間的交互作用：
