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(yuan)平衡圖。Fe和Cr的(de)原子半徑(jing)尺(chi)寸(cun)相近（表2.1），Cr加入(ru)Fe中后(hou)可(ke)以與α-Fe無限互溶(rong)(rong)。約在12％Cr和1000℃時(shi)封(feng)閉(bi)y區(qu)，以后(hou)是α＋γ兩相區(qu)，當鉻含量超(chao)過14％后(hou)，將(jiang)得(de)到α固溶(rong)(rong)體。需要指出，γ區(qu)和α＋y區(qu)邊界的(de)測定結果(guo)與所用原料的(de)純(chun)度有關，早期使用的(de)原料不可(ke)能(neng)很純(chun)，所含碳及氮較高。圖2.12的(de)y區(qu)和α＋γ雙相區(qu)邊界數(shu)據(ju)來自于文(wen)獻(xian)。
由(you)圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時的平衡圖(tu)可以(yi)看出，隨(sui)Cr／C的增(zeng)加(jia)，鋼中(zhong)先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是縮(suo)小(xiao)(xiao)Fe-C合金γ相(xiang)區(qu)的元素，圖(tu)2.34可以(yi)顯示鉻(ge)縮(suo)小(xiao)(xiao)y相(xiang)區(qu)的趨勢，當(dang)鉻(ge)含(han)量為20％時，γ相(xiang)區(qu)縮(suo)小(xiao)(xiao)為一(yi)點。
碳能(neng)擴(kuo)大Fe-Cr平衡圖(tu)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)區(qu)，但(dan)其溶解度極限(xian)卻隨鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)提高而(er)減少。圖(tu)9.6表明，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％時高溫下仍為(wei)單一(yi)的(de)(de)y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)范(fan)圍在18％～27％時，鋼在高溫時的(de)(de)組(zu)織為(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)高于(yu)27％時，鋼的(de)(de)組(zu)織將成(cheng)為(wei)單一(yi)的(de)(de)α相(xiang)(xiang)，不可能(neng)產生(sheng)馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)變。碳含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％和(he)鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)18％時，單一(yi)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)區(qu)最寬，如果繼續提高碳含(han)(han)量(liang)(liang)，將生(sheng)成(cheng)碳化(hua)物相(xiang)(xiang)。
不銹鋼的鉻(ge)含(han)(han)量(liang)一般在(zai)12％以上，在(zai)Fe-Cr-C合金中，馬氏(shi)體(ti)(ti)鋼鉻(ge)含(han)(han)量(liang)為(wei)12％～18％，鐵(tie)素體(ti)(ti)鋼鉻(ge)含(han)(han)量(liang)為(wei)15％～30％，這兩類(lei)鋼的鉻(ge)含(han)(han)量(liang)有重(zhong)復的區域（15％～18％），至于(yu)屬(shu)于(yu)哪一類(lei)，取(qu)決于(yu)其碳含(han)(han)量(liang)。
含(han)鉻的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)（y相(xiang)）不穩定，只存(cun)在于高溫區，緩冷(leng)時(shi)轉變(bian)為鐵(tie)素(su)體(ti)（α相(xiang)），急冷(leng)時(shi)可以轉變(bian)為馬氏體(ti)；加入碳(tan)之后，可以擴大y相(xiang)區；速冷(leng)后，可以獲(huo)得部(bu)分殘余奧(ao)氏體(ti)，但高碳(tan)的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)在冷(leng)卻過程中易于析出碳(tan)化鉻而降(jiang)低基體(ti)中的(de)(de)鉻含(han)量，降(jiang)低了鋼的(de)(de)耐蝕性。
為了能(neng)在(zai)室溫(wen)獲得(de)穩定(ding)的奧(ao)氏體，可(ke)在(zai)Fe-C中加入鎳和(he)錳，兩(liang)者都是擴大γ相區的元素。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分(fen)別為Fe-Mn和(he)Fe-Ni的平衡(heng)圖(tu)，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可(ke)生成無限(xian)互溶的γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系(xi)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)的(de)相圖，可以看(kan)出，由于(yu)鎳的(de)存(cun)在(zai)，在(zai)1100℃下，y相區擴展(zhan)到較(jiao)高(gao)(gao)的(de)鉻(ge)含量(liang)，這種高(gao)(gao)溫(wen)穩定的(de)γ相急冷(leng)到室溫(wen)，形成如圖9.8所(suo)示(shi)的(de)室溫(wen)下的(de)各種亞穩相及穩定相。
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。
合金元素對不銹鋼組織的影響(xiang)基(ji)本(ben)上可以分為兩大類：一(yi)類是擴大奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)或穩定(ding)奧(ao)氏(shi)(shi)體的元素，它們是碳、氮、鎳、錳、銅等；另一(yi)類是封閉(bi)或縮小奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)區形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，它們是鉻、硅、鈦、鈮、鉬(mu)等。當(dang)這兩類作用(yong)(yong)(yong)不同(tong)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)同(tong)時(shi)存在于不銹(xiu)鋼(gang)中時(shi)，不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)組織(zhi)就(jiu)取決于它們互相作用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)結果。如(ru)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)在鋼(gang)中占(zhan)(zhan)優勢(shi)，鋼(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)就(jiu)是鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩(wen)定(ding)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)在鋼(gang)中占(zhan)(zhan)優勢(shi)，鋼(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)則為奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩(wen)定(ding)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)程度還不足以(yi)使鋼(gang)的(de)(de)馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)點（M3）降至(zhi)室溫以(yi)下，自高溫冷(leng)卻(que)的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)在高于室溫即(ji)轉變(bian)為馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)，這樣鋼(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)就(jiu)是馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)。為了簡便起(qi)見，可把(ba)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)折合成(cheng)(cheng)(cheng)鉻的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)，把(ba)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)折合成(cheng)(cheng)(cheng)鎳的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)，而制成(cheng)(cheng)(cheng)鉻當(dang)量［Cr］。和鎳當(dang)量［Ni］eq圖，以(yi)表(biao)明鋼(gang)的(de)(de)實際(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)分和所得到(dao)的(de)(de)組織(zhi)狀態，見圖9.13。該圖適(shi)用(yong)(yong)(yong)于從高溫快(kuai)速冷(leng)卻(que)的(de)(de)Cr-Ni系(xi)不銹(xiu)鋼(gang)，因而可以(yi)用(yong)(yong)(yong)來確定(ding)焊縫(feng)冷(leng)卻(que)后的(de)(de)組織(zhi)。其中：
圖9.13雖(sui)不能十分確(que)切(qie)地確(que)定不銹鋼中的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)，但仍可以幫助了解穩定奧氏體元素和鐵素體形成元素對(dui)不銹鋼中組(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)相對(dui)影響，粗略地分析一些具有復雜化學成分的(de)(de)不銹鋼組(zu)織(zhi)(zhi)。
圖(tu)9.14是從(cong)大量Cr-Ni奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼的試驗(yan)數據中整理得(de)到的，適用于1150℃熱(re)加工后冷卻狀態的不(bu)銹(xiu)鋼組織。該圖(tu)考慮了元素間的交互作用：
