廣泛使用的不(bu)銹(xiu)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(wei)Fe-Cr二元平(ping)衡(heng)圖。Fe和(he)Cr的(de)原(yuan)子半徑尺寸相(xiang)近(jin)（表2.1），Cr加入Fe中后可以(yi)與(yu)α-Fe無限互溶。約在12％Cr和(he)1000℃時封閉y區(qu)(qu)，以(yi)后是α＋γ兩相(xiang)區(qu)(qu)，當(dang)鉻(ge)含(han)量超過14％后，將得到(dao)α固溶體(ti)。需要指出，γ區(qu)(qu)和(he)α＋y區(qu)(qu)邊界的(de)測定(ding)結(jie)果與(yu)所(suo)用(yong)原(yuan)料(liao)的(de)純度有關(guan)，早期使用(yong)的(de)原(yuan)料(liao)不(bu)可能很純，所(suo)含(han)碳及氮較高。圖2.12的(de)y區(qu)(qu)和(he)α＋γ雙(shuang)相(xiang)區(qu)(qu)邊界數據(ju)來自于(yu)文獻。
由圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時(shi)的(de)(de)平衡圖(tu)可(ke)以(yi)看出，隨(sui)Cr／C的(de)(de)增(zeng)加，鋼中(zhong)先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)是縮小(xiao)Fe-C合金γ相區(qu)的(de)(de)元素(su)，圖(tu)2.34可(ke)以(yi)顯示鉻(ge)縮小(xiao)y相區(qu)的(de)(de)趨勢(shi)，當鉻(ge)含量(liang)為20％時(shi)，γ相區(qu)縮小(xiao)為一點(dian)。
碳能擴大Fe-Cr平衡(heng)圖的(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)，但其溶解度(du)極(ji)限卻隨鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)的(de)提高而減(jian)少。圖9.6表明，在(zai)(zai)(zai)碳含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％的(de)Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)達(da)18％時(shi)(shi)高溫(wen)下仍為(wei)單(dan)一的(de)y相(xiang)(xiang)(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)范圍在(zai)(zai)(zai)18％～27％時(shi)(shi)，鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)高溫(wen)時(shi)(shi)的(de)組織為(wei)a＋y相(xiang)(xiang)(xiang)；鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)高于27％時(shi)(shi)，鋼(gang)的(de)組織將成為(wei)單(dan)一的(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)，不可(ke)能產(chan)生(sheng)馬氏體相(xiang)(xiang)(xiang)變。碳含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％和(he)鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)18％時(shi)(shi)，單(dan)一的(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)最寬，如果繼續提高碳含(han)(han)(han)量(liang)(liang)，將生(sheng)成碳化物相(xiang)(xiang)(xiang)。
不銹鋼的鉻含(han)(han)量(liang)一般在12％以上，在Fe-Cr-C合金(jin)中(zhong)，馬氏體鋼鉻含(han)(han)量(liang)為(wei)12％～18％，鐵素體鋼鉻含(han)(han)量(liang)為(wei)15％～30％，這兩(liang)類鋼的鉻含(han)(han)量(liang)有重復的區域（15％～18％），至(zhi)于屬于哪一類，取決于其碳含(han)(han)量(liang)。
含(han)鉻(ge)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)（y相）不穩定，只存在于(yu)高溫(wen)區，緩(huan)冷時轉變(bian)為鐵素體(ti)(ti)（α相），急冷時可以(yi)轉變(bian)為馬氏(shi)體(ti)(ti)；加入碳(tan)之后(hou)，可以(yi)擴(kuo)大y相區；速冷后(hou)，可以(yi)獲得部分殘余奧氏(shi)體(ti)(ti)，但高碳(tan)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)在冷卻過程(cheng)中易于(yu)析出碳(tan)化鉻(ge)而降(jiang)低(di)基(ji)體(ti)(ti)中的(de)鉻(ge)含(han)量，降(jiang)低(di)了鋼的(de)耐蝕性。
為了能在(zai)室溫獲得(de)穩定的(de)奧氏體(ti)，可在(zai)Fe-C中加入鎳和錳(meng)，兩者(zhe)都是擴大γ相區(qu)(qu)的(de)元素。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分別為Fe-Mn和Fe-Ni的(de)平衡圖(tu)，Fe-Mn和Fe-Ni均可生成無(wu)限(xian)互溶的(de)γ相區(qu)(qu)。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系在(zai)高溫(wen)的(de)相(xiang)(xiang)圖，可以看出，由于鎳的(de)存在(zai)，在(zai)1100℃下(xia)，y相(xiang)(xiang)區擴展到較高的(de)鉻含量，這種(zhong)(zhong)高溫(wen)穩(wen)定的(de)γ相(xiang)(xiang)急冷到室溫(wen)，形成如圖9.8所示的(de)室溫(wen)下(xia)的(de)各種(zhong)(zhong)亞穩(wen)相(xiang)(xiang)及穩(wen)定相(xiang)(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(jin)元(yuan)素(su)對不銹(xiu)鋼組織的(de)影響基(ji)本(ben)上可以分為兩大類：一類是擴大奧(ao)氏體區或穩定奧(ao)氏體的(de)元(yuan)素(su)，它們是碳、氮、鎳(nie)、錳、銅等；另一類(lei)是(shi)封(feng)閉或縮小奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)區(qu)形成(cheng)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元素(su)(su)(su)，它(ta)(ta)們(men)是(shi)鉻(ge)、硅、鈦、鈮(ni)、鉬等(deng)。當(dang)這兩類(lei)作(zuo)(zuo)用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)元素(su)(su)(su)同時存(cun)在于不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)時，不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)就取決(jue)于它(ta)(ta)們(men)互相作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)結(jie)果。如形成(cheng)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元素(su)(su)(su)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)占優勢，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)就是(shi)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)；如穩(wen)定奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元素(su)(su)(su)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)占優勢，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)則為奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)；如穩(wen)定奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)程度還不(bu)足以(yi)使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)點（M3）降至室溫以(yi)下，自高溫冷卻的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)在高于室溫即轉變(bian)為馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，這樣鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)就是(shi)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。為了簡便起見，可(ke)把鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)元素(su)(su)(su)折合成(cheng)鉻(ge)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，把奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)元素(su)(su)(su)折合成(cheng)鎳(nie)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，而制成(cheng)鉻(ge)當(dang)量［Cr］。和(he)鎳(nie)當(dang)量［Ni］eq圖，以(yi)表明鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)實際(ji)成(cheng)分(fen)和(he)所(suo)得到的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)狀態，見圖9.13。該圖適用(yong)于從高溫快速冷卻的(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，因(yin)而可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)確定焊縫冷卻后的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)。其(qi)中(zhong)：
圖9.13雖不能十分確切地確定不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的組織(zhi)，但仍可以幫(bang)助了解穩定奧氏體(ti)元(yuan)素(su)和鐵素(su)體(ti)形成元(yuan)素(su)對(dui)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)組織(zhi)的相對(dui)影(ying)響(xiang)，粗(cu)略(lve)地分析(xi)一些具有(you)復雜化學成分的不銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)。
圖9.14是從大量Cr-Ni奧氏(shi)體不銹鋼的(de)(de)試驗數據中(zhong)整理得到的(de)(de)，適用(yong)于1150℃熱加(jia)工后冷(leng)卻狀態的(de)(de)不銹鋼組織。該圖考(kao)慮了元素間(jian)的(de)(de)交互作用(yong)：
