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、硅、鋁對不銹鋼組織和(he)性(xing)能的影(ying)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能的影響(xiang)
鎳是(shi)擴大(da)奧氏體(ti)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)元素，在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中多與鉻配合(he)，以(yi)獲得(de)奧氏體(ti)-鐵素體(ti)雙相組(zu)織(zhi)或單相奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)具(ju)有(you)更好的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)和良好的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)形性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)及(ji)焊接性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)。鎳能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)使合(he)金表面(mian)鈍化(hua)，擴大(da)鋼(gang)(gang)(gang)在酸中的(de)(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)范圍，但不(bu)(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)改善其對稀(xi)硝酸的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)。它能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)高不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)抗硫酸、鹽酸等腐蝕(shi)介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，是(shi)耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)合(he)金元素。如(ru)果單獨使用鎳作為不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金元素，其質(zhi)量分(fen)數(shu)要(yao)高達24％才能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)得(de)到全(quan)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)，而在低碳鉻不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)(de)(de)基礎上，加(jia)入質(zhi)量分(fen)數(shu)為9％的(de)(de)(de)(de)(de)鎳，即可獲得(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)好、綜(zong)(zong)合(he)力學性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)好的(de)(de)(de)(de)(de)室(shi)溫下(xia)穩定的(de)(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)，既(ji)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)滿足(zu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)要(yao)求，又能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)高溫強度和抗氧化(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，成(cheng)為一種具(ju)有(you)良好綜(zong)(zong)合(he)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬和(he)銅對(dui)不銹鋼組織和(he)性能的影響
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。
銅可以提高(gao)(gao)鋼對(dui)非氧化(hua)性介質的(de)抗蝕能力，進一(yi)步擴大鋼的(de)穩定性范(fan)圍。在鉻鎳不(bu)銹鋼中加入銅能促使鋼產生(sheng)彌散(san)硬化(hua)組織，提高(gao)(gao)鋼的(de)熱(re)強(qiang)性。與鉬配合使用，可進一(yi)步提高(gao)(gao)鉻鎳不(bu)銹鋼在稀硫酸中的(de)耐蝕性能。列人我國國家標準的(de)牌(pai)號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和(he)022Cr18Ni14Mo2Cu2等(deng)。
4. 錳和(he)氮對不(bu)銹鋼組織(zhi)和(he)性能的影響
錳(meng)(meng)和氮，它們(men)都(dou)是促(cu)進奧氏體形成的元素(su)，其中(zhong)氮比(bi)錳(meng)(meng)的作用(yong)更(geng)為(wei)(wei)強(qiang)烈(lie)。為(wei)(wei)了(le)節省昂貴(gui)的鎳的用(yong)量(liang)，可用(yong)它們(men)替(ti)代奧氏體型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的一部(bu)分(fen)鎳。錳(meng)(meng)和氮能(neng)大大提高鉻不銹(xiu)鋼(gang)在有機酸中(zhong)的耐(nai)蝕性。
這類鋼(gang)列人我(wo)國國家(jia)標準的(de)牌號有(you)12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和(he)12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含(han)量過(guo)高(gao)時，對(dui)含(han)鉻量較低的(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)耐蝕性不(bu)(bu)利，還會使鑄鋼(gang)件產生氣孔，同(tong)時增(zeng)加(jia)材料或(huo)接(jie)頭的(de)硬度，給(gei)冷(leng)加(jia)工帶來困(kun)難。氮(dan)與碳(tan)共同(tong)作用能(neng)提(ti)高(gao)奧氏(shi)體型鋼(gang)的(de)熱(re)強性，氮(dan)的(de)強化作用在(zai)于(yu)時效過(guo)程中形成氮(dan)化物和(he)碳(tan)氮(dan)化物。
氮(dan)(dan)對雙(shuang)相不銹鋼有重要作用(yong)：在(zai)焊接接頭熱影響區快(kuai)速冷卻時，氮(dan)(dan)促(cu)進了(le)高(gao)溫(wen)下(xia)形成的鐵(tie)素(su)體逆轉變為足夠(gou)的二次奧氏體以維持必要的相平(ping)衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)接頭的耐蝕(shi)性；氮(dan)(dan)可以提(ti)高(gao)富氮(dan)(dan)奧氏體相的耐孔蝕(shi)能力，與富鉻、鉬的鐵(tie)素(su)體相取得平(ping)衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)材料整(zheng)體的耐孔蝕(shi)性能；氮(dan)(dan)能減輕鉻、鎳(nie)等(deng)元素(su)在(zai)兩相中分布的差異，降低選擇(ze)腐蝕(shi)的傾(qing)向性。
5. 鈦和鈮對不銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)和性能的影響
鈦和鈮，它們與(yu)碳的(de)親和力(li)比鉻大，能(neng)優先形(xing)成穩(wen)定碳化(hua)物(wu)，減輕晶間腐蝕傾向。
在(zai)鉻鎳(nie)不銹鋼(gang)中，當鈦(tai)的(de)(de)(de)加入(ru)量大(da)于碳含(han)量的(de)(de)(de)5倍(bei)(bei)，或者鈮(ni)的(de)(de)(de)加入(ru)量大(da)于碳含(han)量的(de)(de)(de)8倍(bei)(bei)時，可(ke)以使(shi)絕(jue)大(da)部分的(de)(de)(de)碳存在(zai)于鈦(tai)或鈮(ni)的(de)(de)(de)碳化物之中，因(yin)而使(shi)固溶(rong)碳的(de)(de)(de)質量分數降(jiang)到(dao)0.03％以下，這(zhe)就能(neng)保證鉻在(zai)鋼(gang)中的(de)(de)(de)有效固溶(rong)濃度。由于鉻在(zai)鋼(gang)中的(de)(de)(de)有效固溶(rong)濃度得到(dao)保證、從而改善鋼(gang)的(de)(de)(de)抗晶間腐蝕能(neng)力。鈮(ni)的(de)(de)(de)質量分數達到(dao)0.5％～2.0％，既能(neng)提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)(ao)氏體鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強性(xing)，又能(neng)提(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)持久塑性(xing)。鈮(ni)在(zai)含(han)碳量較低的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏體鋼(gang)中會促進(jin)近縫(feng)區和焊縫(feng)金屬產(chan)生裂紋，在(zai)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)氏體鋼(gang)中鈮(ni)的(de)(de)(de)質量分數應控制在(zai)1.0％范圍內。這(zhe)類鋼(gang)列入(ru)我國國家標準的(de)(de)(de)牌號很多(duo)，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對(dui)不銹(xiu)鋼組織和性能的影響
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。
上述合(he)金元(yuan)素(su)(su)對鋼(gang)(gang)的(de)(de)作用(yong)不是簡單的(de)(de)疊加，也(ye)不是相互抵消(xiao)的(de)(de)。它們相互之間(jian)有時會(hui)發生(sheng)新(xin)的(de)(de)物(wu)理化學(xue)(xue)作用(yong)，往往會(hui)引起強(qiang)化力學(xue)(xue)性能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)作用(yong)。各(ge)種合(he)金元(yuan)素(su)(su)對不銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織結構和(he)性能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)影響見表1-13，亦可參(can)見圖1-1、圖1-2。從表中(zhong)可以看(kan)出(chu)，合(he)金元(yuan)素(su)(su)對不銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織的(de)(de)影響基(ji)本(ben)上分三大(da)類(lei)：第一類(lei)是形(xing)成鐵素(su)(su)體的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，有鉻、硅、鋁、鉬(mu)、鈦(tai)(tai)、鈮等(deng)(deng)；第二類(lei)是形(xing)成奧氏體的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，有碳、氮(dan)、鎳、錳、銅，其中(zhong)碳和(he)氮(dan)的(de)(de)作用(yong)程(cheng)度最大(da)；第三類(lei)是形(xing)成碳化物(wu)的(de)(de)元(yuan)素(su)(su)、有鈮、鈦(tai)(tai)、碳、鉻、鎢、錳、鉬(mu)等(deng)(deng)。加入銅、鋁、鈦(tai)(tai)、鈮、氮(dan)等(deng)(deng)元(yuan)素(su)(su)能(neng)(neng)(neng)促使鋼(gang)(gang)產(chan)生(sheng)彌散(san)硬(ying)化，從而(er)提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱強(qiang)性。
表1-13 各(ge)種合金(jin)元素對不銹(xiu)鋼組織結(jie)構和性能的影(ying)響
