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2.12為Fe-Cr二元平衡(heng)圖。Fe和(he)(he)Cr的(de)原(yuan)子半徑尺寸相(xiang)近（表2.1），Cr加入Fe中后可(ke)以(yi)與α-Fe無限互溶。約(yue)在12％Cr和(he)(he)1000℃時封閉y區，以(yi)后是α＋γ兩相(xiang)區，當(dang)鉻含量超過14％后，將得到α固溶體。需要指出，γ區和(he)(he)α＋y區邊(bian)(bian)界的(de)測(ce)定(ding)結果與所用原(yuan)料的(de)純度有關，早(zao)期使用的(de)原(yuan)料不(bu)可(ke)能很純，所含碳及氮較高。圖2.12的(de)y區和(he)(he)α＋γ雙相(xiang)區邊(bian)(bian)界數據來自(zi)于(yu)文獻。
由圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在(zai)700℃時的(de)(de)平衡(heng)圖(tu)可以看出，隨Cr／C的(de)(de)增加，鋼中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是縮(suo)(suo)小Fe-C合金γ相區的(de)(de)元素，圖(tu)2.34可以顯示鉻縮(suo)(suo)小y相區的(de)(de)趨勢，當鉻含量為20％時，γ相區縮(suo)(suo)小為一點(dian)。
碳(tan)能擴大(da)Fe-Cr平衡圖(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)區，但其溶解度極限卻隨鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)而(er)減少。圖(tu)9.6表明，在碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％的(de)(de)(de)(de)(de)Fe-Cr-C合金中(zhong)，鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)達18％時高(gao)溫下仍為(wei)單(dan)一的(de)(de)(de)(de)(de)y相(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)范圍(wei)在18％～27％時，鋼在高(gao)溫時的(de)(de)(de)(de)(de)組織為(wei)a＋y相(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)高(gao)于27％時，鋼的(de)(de)(de)(de)(de)組織將(jiang)成(cheng)為(wei)單(dan)一的(de)(de)(de)(de)(de)α相(xiang)，不可能產生馬氏體相(xiang)變(bian)。碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％和(he)鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)18％時，單(dan)一的(de)(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)區最(zui)寬，如果繼續(xu)提高(gao)碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)，將(jiang)生成(cheng)碳(tan)化物相(xiang)。
不銹鋼的(de)鉻含(han)(han)量一般在12％以上，在Fe-Cr-C合金中，馬氏體鋼鉻含(han)(han)量為12％～18％，鐵素體鋼鉻含(han)(han)量為15％～30％，這兩類鋼的(de)鉻含(han)(han)量有重復的(de)區域（15％～18％），至于屬于哪(na)一類，取(qu)決于其碳含(han)(han)量。
含(han)鉻的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)（y相）不穩定，只存在(zai)于高溫(wen)區，緩冷時(shi)轉(zhuan)變(bian)為鐵(tie)素體(ti)（α相），急(ji)冷時(shi)可(ke)以轉(zhuan)變(bian)為馬氏(shi)(shi)體(ti)；加入(ru)碳之后(hou)，可(ke)以擴大y相區；速冷后(hou)，可(ke)以獲得部(bu)分殘余奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)，但高碳的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)在(zai)冷卻過程中易于析出碳化鉻而(er)降低(di)基體(ti)中的(de)鉻含(han)量(liang)，降低(di)了(le)鋼(gang)的(de)耐蝕性。
為了能在(zai)室(shi)溫(wen)獲得穩定的奧(ao)氏體，可(ke)在(zai)Fe-C中加入鎳和(he)(he)錳，兩者(zhe)都是擴(kuo)大γ相區的元素(su)。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分別為Fe-Mn和(he)(he)Fe-Ni的平衡圖(tu)，Fe-Mn和(he)(he)Fe-Ni均可(ke)生成無限互溶(rong)的γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三(san)元(yuan)系在(zai)高溫(wen)的相(xiang)(xiang)圖，可以看(kan)出，由于鎳(nie)的存在(zai)，在(zai)1100℃下，y相(xiang)(xiang)區擴展到較高的鉻含量(liang)，這(zhe)種(zhong)高溫(wen)穩定的γ相(xiang)(xiang)急冷到室(shi)溫(wen)，形成如圖9.8所示(shi)的室(shi)溫(wen)下的各種(zhong)亞(ya)穩相(xiang)(xiang)及穩定相(xiang)(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)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。
合金元素對不銹鋼(gang)組織(zhi)的影響基本(ben)上可以分(fen)為兩大類：一(yi)類是擴(kuo)大奧(ao)氏體區或穩定奧(ao)氏體的元素，它(ta)們是碳(tan)、氮、鎳、錳(meng)、銅(tong)等；另一(yi)類(lei)(lei)是(shi)封閉(bi)或縮小奧氏(shi)體(ti)區形(xing)成(cheng)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)的(de)(de)元素(su)(su)(su)，它們是(shi)鉻、硅、鈦(tai)、鈮、鉬(mu)等。當(dang)這(zhe)兩類(lei)(lei)作(zuo)用(yong)不(bu)同的(de)(de)元素(su)(su)(su)同時(shi)存在于(yu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)時(shi)，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)組織(zhi)就取決(jue)于(yu)它們互相作(zuo)用(yong)的(de)(de)結果。如(ru)形(xing)成(cheng)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)的(de)(de)元素(su)(su)(su)在鋼(gang)中(zhong)(zhong)占(zhan)優(you)(you)勢(shi)，鋼(gang)的(de)(de)基體(ti)組織(zhi)就是(shi)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)；如(ru)穩定(ding)奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)元素(su)(su)(su)在鋼(gang)中(zhong)(zhong)占(zhan)優(you)(you)勢(shi)，鋼(gang)的(de)(de)基體(ti)組織(zhi)則為(wei)奧氏(shi)體(ti)；如(ru)穩定(ding)奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)元素(su)(su)(su)的(de)(de)作(zuo)用(yong)程度還不(bu)足以(yi)使鋼(gang)的(de)(de)馬氏(shi)體(ti)轉變點（M3）降(jiang)至室(shi)溫(wen)以(yi)下，自高溫(wen)冷(leng)卻(que)的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)在高于(yu)室(shi)溫(wen)即轉變為(wei)馬氏(shi)體(ti)，這(zhe)樣鋼(gang)的(de)(de)基體(ti)組織(zhi)就是(shi)馬氏(shi)體(ti)。為(wei)了簡(jian)便起(qi)見(jian)，可把鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)形(xing)成(cheng)元素(su)(su)(su)折合成(cheng)鉻的(de)(de)作(zuo)用(yong)，把奧氏(shi)體(ti)形(xing)成(cheng)元素(su)(su)(su)折合成(cheng)鎳的(de)(de)作(zuo)用(yong)，而制成(cheng)鉻當(dang)量(liang)［Cr］。和鎳當(dang)量(liang)［Ni］eq圖(tu)，以(yi)表明鋼(gang)的(de)(de)實際成(cheng)分和所得到的(de)(de)組織(zhi)狀態，見(jian)圖(tu)9.13。該圖(tu)適用(yong)于(yu)從(cong)高溫(wen)快速冷(leng)卻(que)的(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，因而可以(yi)用(yong)來確定(ding)焊縫冷(leng)卻(que)后(hou)的(de)(de)組織(zhi)。其中(zhong)(zhong)：
圖9.13雖不能十分(fen)確切地確定不銹(xiu)鋼中的組(zu)織(zhi)，但(dan)仍可以幫助了解穩定奧氏體(ti)元素和(he)鐵素體(ti)形成元素對(dui)不銹(xiu)鋼中組(zu)織(zhi)的相(xiang)對(dui)影響，粗略地分(fen)析一些具有復雜化學成分(fen)的不銹(xiu)鋼組(zu)織(zhi)。
圖(tu)(tu)9.14是從大量Cr-Ni奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼的試驗數據中整理(li)得(de)到(dao)的，適用(yong)于1150℃熱(re)加工后冷卻狀(zhuang)態(tai)的不(bu)銹(xiu)鋼組織(zhi)。該圖(tu)(tu)考慮了元(yuan)素(su)間的交互作(zuo)用(yong)：
