各種不銹鋼中包含有Cr、Ni、Mn、Mo、Cu、Si、C、N、Nb等合金元素，它們對鋼的組織有不同的影響，Cr、Mo、Ti、Nb本身具有體心立方（bcc）晶格結構，加入鋼中使占α-Fe體心立方晶格結構穩定，因而是縮小γ區的元素，使A3上升，A4下降，見圖1-8（b）。在Fe-Cr合金中，Cr含量大于13％時就不出現高溫γ相區了。高鉻不銹鋼如Cr17，Cr25是屬于鐵素體不銹鋼，從高溫到室溫具有體心立方晶格結構，只有鐵素體單相。鉬、鈦、鈮等加入都縮小γ相區，使鐵素體含量增加。所以稱鉻、鉬、鈦、鈮等為鐵素體形成元素。


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  鎳、錳、銅等元素本(ben)身具有面(mian)(mian)心立(li)方晶格(ge)結構(gou)，加入(ru)鋼(gang)中使A3下降、A4上升，擴大γ相區，并(bing)且穩定γ-Fe，使高溫面(mian)(mian)心立(li)方晶格(ge)結構(gou)的奧(ao)氏體能夠穩定到室溫，沒有相變(bian)產生。但(dan)銅的作用比鎳、錳小得(de)多，鎳、錳在一定溫度范圍內可與γ-Fe無限互溶。



1. Fe-Cr 不(bu)銹鋼


  不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的基本(ben)金相(xiang)(xiang)組織(zhi)可用Fe-Cr系列狀態圖(tu)表示，如圖(tu)1-8所(suo)示。在(zai)(zai)800～1200℃之間，在(zai)(zai)所(suo)謂的γ環形圈(quan)內，是以(yi)奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)（y）存在(zai)(zai)。γ相(xiang)(xiang)急劇冷卻時，則變(bian)態為馬氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)。在(zai)(zai)γ環形圈(quan)外側，從高溫(wen)(wen)到常溫(wen)(wen)以(yi)穩定的鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)（α）存在(zai)(zai)。馬氏(shi)體(ti)系列不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、鐵(tie)素(su)體(ti)系列不(bu)銹(xiu)鋼(gang)就(jiu)是含有這些(xie)金相(xiang)(xiang)組織(zhi)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。所(suo)以(yi)Fe-Cr系列不(bu)銹(xiu)鋼(gang)一般不(bu)是馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，就(jiu)是鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。


  從圖1-8中可以看(kan)出，除了在一(yi)定(ding)濃度(du)、溫度(du)范圍(wei)形(xing)成。相(xiang)外，在相(xiang)當大(da)(da)的(de)鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)范圍(wei)內形(xing)成α相(xiang)（鐵素(su)體）。仔細分析Fe-Cr相(xiang)圖的(de)左(zuo)側部(bu)分，在鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)小(xiao)(xiao)于8％時(shi)(shi)，隨(sui)鉻(ge)量(liang)(liang)的(de)增多(duo)(duo)，A4點(dian)降(jiang)低(di)(di)，A3點(dian)也降(jiang)低(di)(di)；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)大(da)(da)于8％時(shi)(shi)，隨(sui)鉻(ge)量(liang)(liang)的(de)增多(duo)(duo)，A3點(dian)升高(gao)，A4點(dian)降(jiang)低(di)(di)，從而(er)在鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)小(xiao)(xiao)于12.5％的(de)范圍(wei)內形(xing)成封閉(bi)的(de)γ圈。這表(biao)明，鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)大(da)(da)于12.5％的(de)Fe-Cr合(he)金(jin)，就不(bu)再出現γ相(xiang)。因(yin)而(er)，高(gao)鉻(ge)不(bu)銹鋼(gang)，如Cr17、Cr25、Cr28等，都(dou)是(shi)鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang)，這些(xie)鋼(gang)從高(gao)溫到室溫都(dou)是(shi)體心立方(fang)（bcc）點(dian)陣，即不(bu)論加熱和冷卻都(dou)不(bu)發(fa)生(sheng)α→γ相(xiang)變。



2. Fe-Cr-Ni-Mn 不(bu)銹鋼(gang)


  從冶金觀點來說(shuo)，奧氏(shi)體組織無(wu)論對鋼(gang)廠還是對加工(gong)制造廠都是他們所(suo)希望和需(xu)要的(de)(de)組織結(jie)構。在不銹鋼(gang)中，可(ke)以使用其(qi)他奧氏(shi)體形成元(yuan)素(su)，如(ru)錳、氮(dan)、銅等來部分地代替鎳(nie)以保持其(qi)奧氏(shi)體組織。在由于(yu)鎳(nie)的(de)(de)供應(ying)短缺的(de)(de)情況下，這種200類型的(de)(de)節鎳(nie)型鋼(gang)得(de)到(dao)了極大的(de)(de)發(fa)展。這類鋼(gang)在卡車(che)、拖(tuo)車(che)、汽(qi)車(che)以及軌道交通等的(de)(de)制造中得(de)到(dao)大量(liang)應(ying)用。


  Fe-Cr-Mn三元(yuan)(yuan)(yuan)系中，既有(you)縮小γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素Cr，又有(you)擴大γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素Ni或(huo)Mn，在(zai)(zai)這種情況(kuang)下，不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)組織就要由給定(ding)成分(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)在(zai)(zai)Fe-Cr-Mn相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖中的(de)(de)(de)(de)(de)位置來確(que)定(ding)。例如(ru)，在(zai)(zai)Fe-Cr-Mn三元(yuan)(yuan)(yuan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖的(de)(de)(de)(de)(de)1000℃等溫截面上(shang)（圖1-9）可以看出，Mn擴大γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力比Ni小，含錳(meng)的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)溶解促(cu)成鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素Cr的(de)(de)(de)(de)(de)量最多只有(you)14％。Cr17Mn13鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)成分(fen)示(shi)態點(dian)在(zai)(zai)γy+αα兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)；由于含錳(meng)奧(ao)氏體(ti)(ti)有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)性，在(zai)(zai)冷至室溫的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中不發生相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變，因而得到的(de)(de)(de)(de)(de)是奧(ao)氏體(ti)(ti)加(jia)鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)雙相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組織。


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  在1955年，12Cr17Mn6Ni5N（201）型不(bu)銹(xiu)鋼被AISI接納為標準成分。12Cr18Mn9Ni5N（202）型也被采(cai)用。


  當把(ba)兩種選擇的材料的各種性能進行(xing)比較時(shi)，就會發(fa)現(xian)200系(xi)(xi)列具(ju)有一些明(ming)顯的優點(dian)。200系(xi)(xi)列合金較高的退火強(qiang)度對(dui)某些用途是(shi)非常重要的，而且在生產(chan)和加工(gong)中也(ye)會發(fa)現(xian)許(xu)多優點(dian)。除此之外，200系(xi)(xi)列不銹鋼的價(jia)格也(ye)比300系(xi)(xi)列的低。




3. Fe-Cr-Ni 不(bu)銹鋼


  Fe-Cr-Ni系列(lie)狀態圖如圖1-9所示(shi)。Ni是穩定奧氏體(ti)相（y）的元素(su)，30％Ni將γ區(qu)(qu)擴大至500～1450℃區(qu)(qu)間內。


  Fe-Cr-Ni三元(yuan)系中，既有縮(suo)小(xiao)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)Cr，又有擴大γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)Ni或Mn，在這種情況下(xia)，不銹(xiu)鋼的(de)(de)組織就要由給定成分的(de)(de)合金在Fe-Cr-Ni相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中的(de)(de)位(wei)置來確定。例如，在Fe-Cr-Ni三元(yuan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)的(de)(de)1100℃等溫截面(mian)上（圖(tu)1-10），Cr18Ni8的(de)(de)成分示態點在γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)，于是，這種成分的(de)(de)鋼快冷至室溫后，即可得(de)到單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)奧(ao)氏體組織。