下面介紹不銹鋼中主要合金元素鉻（Cr）、鎳（Ni）、硅（Si）、錳（Mn）、鉬（Mo）、銅（Cu）、鋁（Al）、氮（N）、鈦（Ti）、鈮（Nb）和碳（C）等元素對不銹鋼組織和性能的影響。

1. 鉻(ge)、硅、鋁對不銹鋼組織和性能的影響

  鉻、硅、鋁是形成鐵素體的元素，是不銹鋼獲得耐腐蝕性能的主要合金元素。鉻是不銹鋼最主要的合金元素。鉻還是很強的鐵素體形成元素，當含鉻量超過12.7％時，鐵鉻合金完全變成單相組織。更重要的是，鉻能在鋼的表面生成一種與基體組織牢固結合的（FeCr）₂O₃致密的氧化膜，起強烈的鈍化作用；鉻又能提高鋼在電介質中的電極電位，從而使鋼的化學穩定性得到提高。由于以上原因，不銹鋼多為高鉻鋼，含鉻量都在13％以上。硅和鋁同樣能使鋼在氧化性介質中生成致密的保護膜，其中鋁的作用比鉻還強烈。在奧氏體型耐熱鋼中，這些元素均能提高其抗氧化性。在18-8型不銹鋼中，當硅的質量分數從0.4％提高到2.4％時，鋼在980℃時抗氧化性能提高22倍。如果硅含量過高，會嚴重惡化穩定奧氏體型鋼的焊接性，故必須嚴格控制硅在鋼中的含量。鋁在沉淀硬化型不銹鋼中，可以提高其室溫和高溫的強度。

2. 鎳對不銹鋼組織和性(xing)能的影(ying)響

  鎳(nie)是擴大奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)區的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，在不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中多與鉻(ge)配(pei)合，以獲得奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)-鐵素(su)(su)體(ti)(ti)雙相組織或單相奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織，使(shi)鋼(gang)(gang)(gang)具有(you)更好的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)和(he)(he)良(liang)好的(de)(de)(de)成(cheng)形性(xing)(xing)能(neng)及焊接(jie)性(xing)(xing)能(neng)。鎳(nie)能(neng)使(shi)合金表面鈍(dun)化，擴大鋼(gang)(gang)(gang)在酸(suan)中的(de)(de)(de)鈍(dun)化范(fan)圍，但不(bu)能(neng)改善其對稀硝酸(suan)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)。它能(neng)提(ti)高不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)抗硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕介質(zhi)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)，是耐(nai)蝕鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)主(zhu)要合金元(yuan)素(su)(su)。如果單獨使(shi)用鎳(nie)作為不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)合金元(yuan)素(su)(su)，其質(zhi)量(liang)分數要高達24％才能(neng)得到(dao)全奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織，而(er)在低碳鉻(ge)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)基礎上，加入質(zhi)量(liang)分數為9％的(de)(de)(de)鎳(nie)，即(ji)可獲得耐(nai)蝕性(xing)(xing)好、綜合力(li)學性(xing)(xing)能(neng)好的(de)(de)(de)室溫(wen)下(xia)穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織，既能(neng)滿足鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)要求，又(you)能(neng)提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)高溫(wen)強度和(he)(he)抗氧(yang)化性(xing)(xing)能(neng)，成(cheng)為一種(zhong)具有(you)良(liang)好綜合性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)。

3. 鉬和(he)銅對不銹鋼組織和(he)性能的(de)影響

  鉬是形成鐵素體的元素。在鉻不銹鋼中加入鉬，可以提高鋼在非氧化性介質中的穩定性。它的獨特之處是能抵抗氯離子（Cl^-）產生的點腐蝕；同時也能提高奧氏體型鋼的熱強性，改善奧氏體鋼短時塑性和持久塑性。對焊接有利。但是鉬的加入將會縮小鋼中奧氏體相區，使奧氏體型不銹鋼中出現鐵素體相。為此，在含鉬的單相奧氏體不銹鋼中，相應的奧氏體形成元素（如鎳、錳、氮等）的含量應略有增加，目的是維持其全奧氏體組織。對于雙相不銹鋼，鉬促成鐵素體、對提高耐點腐蝕性能和提高抗應力腐蝕性能都是有益的。但鉬含量多則會降低奧氏體型不銹鋼的韌性。

  銅可(ke)以提高(gao)鋼(gang)對非氧化(hua)性介質的抗蝕能力，進一步擴大鋼(gang)的穩定性范圍。在(zai)鉻鎳(nie)不(bu)銹鋼(gang)中加入(ru)銅能促使鋼(gang)產(chan)生(sheng)彌散(san)硬化(hua)組織，提高(gao)鋼(gang)的熱強性。與鉬配(pei)合使用，可(ke)進一步提高(gao)鉻鎳(nie)不(bu)銹鋼(gang)在(zai)稀硫(liu)酸中的耐蝕性能。列人我(wo)國(guo)國(guo)家(jia)標準(zhun)的牌號(hao)有(you)06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。

4. 錳和氮對(dui)不銹鋼組織和性能的(de)影響

  錳和氮，它們都是促進奧氏(shi)(shi)體形(xing)成的(de)(de)(de)元素，其(qi)中(zhong)氮比(bi)錳的(de)(de)(de)作(zuo)用更為強烈。為了節省昂貴的(de)(de)(de)鎳(nie)的(de)(de)(de)用量(liang)，可用它們替代奧氏(shi)(shi)體型不銹鋼中(zhong)的(de)(de)(de)一(yi)部分鎳(nie)。錳和氮能大(da)大(da)提高(gao)鉻(ge)不銹鋼在有機酸(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)耐蝕性。

  這類鋼(gang)列人我(wo)國國家標(biao)準的(de)牌號(hao)有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含量(liang)過高時(shi)，對(dui)含鉻量(liang)較(jiao)低的(de)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)耐蝕性(xing)不利(li)，還會使鑄鋼(gang)件(jian)產生氣孔，同時(shi)增加(jia)材料或接(jie)頭的(de)硬度，給冷加(jia)工帶來困(kun)難。氮(dan)(dan)(dan)與碳共同作用(yong)能(neng)提高奧氏(shi)體型鋼(gang)的(de)熱強性(xing)，氮(dan)(dan)(dan)的(de)強化(hua)作用(yong)在(zai)于時(shi)效過程中形成氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物和碳氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物。

  氮(dan)對雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼有重要作用(yong)：在焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭熱影響區(qu)快速冷卻時，氮(dan)促進了(le)高溫(wen)下形成的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)逆轉變(bian)為足夠的(de)(de)二(er)次(ci)奧氏體(ti)(ti)以(yi)維持必要的(de)(de)相(xiang)(xiang)平(ping)(ping)衡，提高了(le)接(jie)(jie)頭的(de)(de)耐蝕(shi)性；氮(dan)可以(yi)提高富(fu)氮(dan)奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)的(de)(de)耐孔(kong)(kong)蝕(shi)能(neng)力，與富(fu)鉻、鉬的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)取得(de)平(ping)(ping)衡，提高了(le)材料整(zheng)體(ti)(ti)的(de)(de)耐孔(kong)(kong)蝕(shi)性能(neng)；氮(dan)能(neng)減輕鉻、鎳(nie)等(deng)元素(su)在兩(liang)相(xiang)(xiang)中分布的(de)(de)差異(yi)，降低選擇腐蝕(shi)的(de)(de)傾(qing)向(xiang)性。

5. 鈦(tai)和鈮對(dui)不銹鋼(gang)組織和性能(neng)的影響

  鈦和鈮，它們與碳的親和力比鉻大(da)，能(neng)優先形成(cheng)穩定碳化物(wu)，減輕晶間腐(fu)蝕傾向。

  在鉻鎳(nie)不銹鋼中，當鈦的(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)(liang)(liang)大于碳(tan)含(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)5倍(bei)，或者鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)(liang)(liang)大于碳(tan)含(han)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)8倍(bei)時，可以使(shi)絕大部分(fen)的(de)(de)(de)碳(tan)存在于鈦或鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)物之中，因而使(shi)固溶(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)數降(jiang)到(dao)0.03％以下，這就(jiu)能保證鉻在鋼中的(de)(de)(de)有效固溶(rong)濃度(du)。由(you)于鉻在鋼中的(de)(de)(de)有效固溶(rong)濃度(du)得到(dao)保證、從而改善鋼的(de)(de)(de)抗(kang)晶間腐蝕能力。鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)數達到(dao)0.5％～2.0％，既能提高奧氏(shi)體(ti)鋼的(de)(de)(de)熱強性，又能提高鋼的(de)(de)(de)持久塑(su)性。鈮(ni)(ni)在含(han)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)較低的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)鋼中會(hui)促進近縫區和焊縫金屬產生(sheng)裂紋，在鉻鎳(nie)奧氏(shi)體(ti)鋼中鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)數應控制在1.0％范圍內(nei)。這類鋼列入我國(guo)國(guo)家標準(zhun)的(de)(de)(de)牌(pai)號(hao)很多(duo)，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。

6. 碳對不銹(xiu)鋼組織和(he)性能(neng)的(de)影響

  碳是奧氏體形成元素，碳對提高奧氏體鋼耐熱強性有益，但碳對不銹鋼的耐蝕性不利，這是因為碳是一種強烈的碳化物形成元素，在不同溫度段，它與鉻能生成多種化合物，如Cr₂₃C₆·Cr₇C₃和Cr₃C₂，（Fe，Cr）₂₃C₆。但前兩種不可能在不銹鋼中出現。碳在不銹鋼中大多數情況下形成（Fe，Cr）₂₃C₆混合碳化物，即M₂₃C₆。在高碳的鑄造耐熱鋼中，共晶碳化物多出現在晶間或枝間，二次碳化則在晶內和晶間都有。在鐵素體不銹鋼或鉻鎳奧氏體不銹鋼中，

  若碳在過飽和情況下，受到適當溫度加熱，則會發生碳化物M₂₃C₆析出。這些固溶體層的鉻碳化合物最易在晶界處生成。若條件適當，當加wcr＜12％時，晶粒邊界會出現貧鉻，即減少了晶界的鉻有效含量，導致鋼的耐腐蝕性能降低-產生晶間腐蝕。因而碳是降低耐腐蝕性的一種有害元素，不銹鋼若以耐腐蝕為主要目的時，不銹鋼碳的含量愈少，耐腐蝕性愈好。在我國不銹鋼的牌號中，wc≤0.08％或≤0.06％的，稱之為低碳不銹鋼，例如：06Cr19Ni10．wc≤0.03％的稱之為超低碳不銹鋼，例如：022Cr19Ni10。

  上(shang)述合金(jin)元(yuan)素(su)對鋼(gang)的(de)作用(yong)(yong)不是(shi)簡(jian)單的(de)疊(die)加(jia)，也不是(shi)相互(hu)抵消(xiao)的(de)。它(ta)們(men)相互(hu)之(zhi)間有(you)(you)時會發生(sheng)(sheng)新的(de)物(wu)(wu)理化(hua)(hua)學(xue)作用(yong)(yong)，往(wang)往(wang)會引(yin)起強化(hua)(hua)力(li)學(xue)性能(neng)(neng)的(de)作用(yong)(yong)。各種合金(jin)元(yuan)素(su)對不銹(xiu)鋼(gang)組織結(jie)構和(he)性能(neng)(neng)的(de)影響(xiang)(xiang)見表(biao)1-13，亦可(ke)參見圖1-1、圖1-2。從表(biao)中可(ke)以看出，合金(jin)元(yuan)素(su)對不銹(xiu)鋼(gang)組織的(de)影響(xiang)(xiang)基(ji)本上(shang)分三大類：第一類是(shi)形(xing)成(cheng)鐵(tie)素(su)體的(de)元(yuan)素(su)，有(you)(you)鉻、硅、鋁、鉬、鈦(tai)(tai)、鈮(ni)等；第二類是(shi)形(xing)成(cheng)奧氏體的(de)元(yuan)素(su)，有(you)(you)碳(tan)、氮(dan)、鎳、錳、銅，其(qi)中碳(tan)和(he)氮(dan)的(de)作用(yong)(yong)程度最大；第三類是(shi)形(xing)成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)元(yuan)素(su)、有(you)(you)鈮(ni)、鈦(tai)(tai)、碳(tan)、鉻、鎢(wu)、錳、鉬等。加(jia)入(ru)銅、鋁、鈦(tai)(tai)、鈮(ni)、氮(dan)等元(yuan)素(su)能(neng)(neng)促使鋼(gang)產(chan)生(sheng)(sheng)彌散(san)硬(ying)化(hua)(hua)，從而提高鋼(gang)的(de)熱強性。

  表1-13 各種(zhong)合金元素對不銹(xiu)鋼組織結構(gou)和性能的(de)影(ying)響(xiang)