廣泛使用的不(bu)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二元平衡圖(tu)。Fe和(he)(he)(he)Cr的原(yuan)子半徑尺寸相(xiang)近（表2.1），Cr加(jia)入Fe中后(hou)可以與(yu)α-Fe無限互(hu)溶。約在12％Cr和(he)(he)(he)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(jiang)得(de)到(dao)α固(gu)溶體。需要指出，γ區(qu)和(he)(he)(he)α＋y區(qu)邊界(jie)的測定結果與(yu)所(suo)用(yong)原(yuan)料的純度有關，早期使用(yong)的原(yuan)料不(bu)可能很純，所(suo)含碳及氮較高。圖(tu)2.12的y區(qu)和(he)(he)(he)α＋γ雙相(xiang)區(qu)邊界(jie)數據來自于(yu)文獻。
由圖2.27 Fe-Cr-C在700℃時的(de)平衡圖可以看(kan)出，隨Cr／C的(de)增加，鋼中(zhong)先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是縮(suo)小Fe-C合金γ相區的(de)元素，圖2.34可以顯示(shi)鉻(ge)縮(suo)小y相區的(de)趨勢(shi)，當鉻(ge)含量為20％時，γ相區縮(suo)小為一點。
碳(tan)(tan)(tan)能擴(kuo)大Fe-Cr平衡圖(tu)(tu)的(de)(de)(de)γ相(xiang)區(qu)，但其溶(rong)解度極限(xian)卻隨鉻(ge)(ge)(ge)含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)而減(jian)少(shao)。圖(tu)(tu)9.6表明，在(zai)碳(tan)(tan)(tan)含量(liang)(liang)(liang)為(wei)0.6％的(de)(de)(de)Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)(ge)(ge)含量(liang)(liang)(liang)達18％時(shi)高(gao)溫下仍為(wei)單一的(de)(de)(de)y相(xiang)；鉻(ge)(ge)(ge)含量(liang)(liang)(liang)范(fan)圍在(zai)18％～27％時(shi)，鋼(gang)在(zai)高(gao)溫時(shi)的(de)(de)(de)組織為(wei)a＋y相(xiang)；鉻(ge)(ge)(ge)含量(liang)(liang)(liang)高(gao)于27％時(shi)，鋼(gang)的(de)(de)(de)組織將(jiang)成為(wei)單一的(de)(de)(de)α相(xiang)，不可能產生馬氏體(ti)相(xiang)變。碳(tan)(tan)(tan)含量(liang)(liang)(liang)為(wei)0.6％和鉻(ge)(ge)(ge)含量(liang)(liang)(liang)為(wei)18％時(shi)，單一的(de)(de)(de)γ相(xiang)區(qu)最(zui)寬，如果繼續(xu)提(ti)高(gao)碳(tan)(tan)(tan)含量(liang)(liang)(liang)，將(jiang)生成碳(tan)(tan)(tan)化物相(xiang)。
不銹鋼的(de)鉻含量一(yi)般在(zai)(zai)12％以上，在(zai)(zai)Fe-Cr-C合金中，馬氏體鋼鉻含量為12％～18％，鐵(tie)素體鋼鉻含量為15％～30％，這兩類鋼的(de)鉻含量有重復(fu)的(de)區(qu)域（15％～18％），至(zhi)于(yu)(yu)屬于(yu)(yu)哪(na)一(yi)類，取(qu)決于(yu)(yu)其碳含量。
含鉻(ge)(ge)的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)（y相）不穩定，只存在(zai)于高(gao)溫區，緩冷(leng)時轉變為鐵素體(ti)(ti)(ti)（α相），急冷(leng)時可(ke)以轉變為馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)；加入(ru)碳之后(hou)，可(ke)以擴大y相區；速(su)冷(leng)后(hou)，可(ke)以獲(huo)得部分殘余奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，但高(gao)碳的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)在(zai)冷(leng)卻過程中易(yi)于析出碳化(hua)鉻(ge)(ge)而(er)降低基體(ti)(ti)(ti)中的(de)鉻(ge)(ge)含量，降低了鋼的(de)耐蝕性。
為(wei)了能在室溫(wen)獲得穩定的(de)奧氏(shi)體，可(ke)在Fe-C中(zhong)加入鎳和錳，兩者都是擴大γ相區(qu)的(de)元(yuan)素(su)。圖2.5、圖2.7分別為(wei)Fe-Mn和Fe-Ni的(de)平(ping)衡圖，Fe-Mn和Fe-Ni均可(ke)生成無限互溶的(de)γ相區(qu)。
圖9.7為(wei)Fe-Cr-Ni三元系在(zai)高溫的相(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(ge)含量，這(zhe)種高溫穩定的γ相(xiang)(xiang)急冷到室(shi)溫，形成(cheng)如圖9.8所示的室(shi)溫下的各(ge)種亞穩相(xiang)(xiang)及穩定相(xiang)(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏(shi)體(ti)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(su)對不銹鋼組(zu)織的(de)影(ying)響基本上(shang)可(ke)以(yi)分為兩大(da)類(lei)：一(yi)(yi)類(lei)是(shi)(shi)擴大(da)奧氏(shi)體區(qu)或穩定(ding)奧氏(shi)體的(de)元素(su)，它們是(shi)(shi)碳(tan)、氮、鎳、錳、銅等；另一(yi)(yi)類是(shi)封(feng)閉(bi)或縮小奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)區形成(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，它們是(shi)鉻、硅、鈦(tai)、鈮(ni)、鉬等。當(dang)這兩類作(zuo)用不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)同(tong)時存在(zai)于不(bu)銹鋼(gang)(gang)中時，不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)就(jiu)取決于它們互(hu)相作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)結果。如形成(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)就(jiu)是(shi)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)；如穩定(ding)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)則為奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)；如穩定(ding)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用程度(du)還不(bu)足以使鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變點（M3）降(jiang)至室溫以下，自高(gao)溫冷卻(que)的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)在(zai)高(gao)于室溫即轉變為馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，這樣鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)就(jiu)是(shi)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。為了簡便(bian)起見，可把鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)折合成(cheng)(cheng)鉻的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，把奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)折合成(cheng)(cheng)鎳的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，而制成(cheng)(cheng)鉻當(dang)量(liang)［Cr］。和鎳當(dang)量(liang)［Ni］eq圖，以表明鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)實際成(cheng)(cheng)分(fen)和所得到的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)狀態(tai)，見圖9.13。該圖適用于從高(gao)溫快速冷卻(que)的(de)(de)(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹鋼(gang)(gang)，因而可以用來確(que)定(ding)焊縫冷卻(que)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)。其中：
圖9.13雖不能十分確切地確定(ding)不銹(xiu)鋼中的(de)組(zu)(zu)織，但仍可以幫助了解(jie)穩定(ding)奧(ao)氏體元(yuan)素(su)和(he)鐵素(su)體形成(cheng)元(yuan)素(su)對(dui)不銹(xiu)鋼中組(zu)(zu)織的(de)相對(dui)影響，粗略地分析一些具有復雜化學成(cheng)分的(de)不銹(xiu)鋼組(zu)(zu)織。
圖9.14是從(cong)大(da)量(liang)Cr-Ni奧氏體不銹鋼(gang)的(de)試驗數據中整理得到的(de)，適用(yong)于1150℃熱加工后冷卻(que)狀態的(de)不銹鋼(gang)組織。該(gai)圖考慮(lv)了元(yuan)素間的(de)交互作(zuo)用(yong)：
