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(tu)2.12為Fe-Cr二元平衡圖(tu)。Fe和(he)Cr的(de)原子半徑(jing)尺寸(cun)相(xiang)(xiang)(xiang)近（表2.1），Cr加(jia)入Fe中后(hou)(hou)可以與α-Fe無限互溶。約在12％Cr和(he)1000℃時封(feng)閉y區，以后(hou)(hou)是α＋γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)區，當鉻含量超(chao)過14％后(hou)(hou)，將(jiang)得到(dao)α固溶體。需要指出，γ區和(he)α＋y區邊界的(de)測定結果與所用原料的(de)純(chun)度(du)有關，早期使用的(de)原料不可能很純(chun)，所含碳及氮較高。圖(tu)2.12的(de)y區和(he)α＋γ雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)區邊界數據來自(zi)于(yu)文獻。
由(you)圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時的(de)(de)平(ping)衡圖(tu)可以(yi)看出，隨Cr／C的(de)(de)增加，鋼中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻(ge)(ge)是縮(suo)小Fe-C合(he)金γ相(xiang)區的(de)(de)元素，圖(tu)2.34可以(yi)顯示鉻(ge)(ge)縮(suo)小y相(xiang)區的(de)(de)趨勢(shi)，當鉻(ge)(ge)含量為20％時，γ相(xiang)區縮(suo)小為一點。
碳能擴大Fe-Cr平衡圖(tu)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)區，但其溶解度極限卻隨鉻含(han)量(liang)的(de)(de)提高(gao)而減少。圖(tu)9.6表明，在碳含(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)0.6％的(de)(de)Fe-Cr-C合金(jin)中，鉻含(han)量(liang)達(da)18％時(shi)高(gao)溫下仍為(wei)(wei)(wei)單一的(de)(de)y相(xiang)(xiang)(xiang)；鉻含(han)量(liang)范圍在18％～27％時(shi)，鋼在高(gao)溫時(shi)的(de)(de)組織(zhi)為(wei)(wei)(wei)a＋y相(xiang)(xiang)(xiang)；鉻含(han)量(liang)高(gao)于27％時(shi)，鋼的(de)(de)組織(zhi)將(jiang)成(cheng)為(wei)(wei)(wei)單一的(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)，不可能產(chan)生馬(ma)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)變。碳含(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)0.6％和鉻含(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)18％時(shi)，單一的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)區最(zui)寬，如果繼續(xu)提高(gao)碳含(han)量(liang)，將(jiang)生成(cheng)碳化物相(xiang)(xiang)(xiang)。
不銹鋼的(de)鉻含量(liang)(liang)(liang)(liang)一(yi)(yi)般在12％以上(shang)，在Fe-Cr-C合金中，馬氏體鋼鉻含量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)12％～18％，鐵(tie)素體鋼鉻含量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)15％～30％，這兩(liang)類鋼的(de)鉻含量(liang)(liang)(liang)(liang)有重(zhong)復的(de)區(qu)域（15％～18％），至于屬于哪一(yi)(yi)類，取決于其碳含量(liang)(liang)(liang)(liang)。
含(han)鉻的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)（y相(xiang)）不穩定，只(zhi)存在(zai)于(yu)高溫區，緩冷(leng)時(shi)轉(zhuan)變(bian)為鐵素(su)體(ti)（α相(xiang)），急(ji)冷(leng)時(shi)可(ke)以轉(zhuan)變(bian)為馬氏(shi)(shi)體(ti)；加入碳之(zhi)后，可(ke)以擴大(da)y相(xiang)區；速冷(leng)后，可(ke)以獲得部分殘余(yu)奧氏(shi)(shi)體(ti)，但高碳的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)在(zai)冷(leng)卻過程中(zhong)易(yi)于(yu)析出碳化(hua)鉻而降低(di)基體(ti)中(zhong)的(de)鉻含(han)量，降低(di)了(le)鋼的(de)耐蝕(shi)性。
為(wei)了能在室(shi)溫獲得(de)穩(wen)定的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)，可在Fe-C中(zhong)加入鎳和錳，兩者都是擴(kuo)大γ相區的(de)(de)元素。圖(tu)(tu)2.5、圖(tu)(tu)2.7分別為(wei)Fe-Mn和Fe-Ni的(de)(de)平(ping)衡圖(tu)(tu)，Fe-Mn和Fe-Ni均(jun)可生成無限互溶的(de)(de)γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系在高(gao)溫(wen)的相(xiang)圖，可以看出(chu)，由于鎳的存在，在1100℃下，y相(xiang)區擴(kuo)展到較高(gao)的鉻含量，這種高(gao)溫(wen)穩定的γ相(xiang)急冷(leng)到室溫(wen)，形成如(ru)圖9.8所示(shi)的室溫(wen)下的各種亞(ya)穩相(xiang)及穩定相(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體(ti)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(bu)銹鋼組(zu)織的影響基本上可以分為兩(liang)大類(lei)：一(yi)類(lei)是擴(kuo)大奧(ao)氏體區或穩定奧(ao)氏體的元素，它們(men)是碳(tan)、氮、鎳、錳(meng)、銅等；另一(yi)類是(shi)封閉(bi)或縮小奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)區(qu)形成(cheng)(cheng)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素，它們是(shi)鉻(ge)、硅(gui)、鈦、鈮、鉬等。當這(zhe)兩(liang)類作用(yong)(yong)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素同(tong)時(shi)存在(zai)于(yu)(yu)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)時(shi)，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就取決于(yu)(yu)它們互相作用(yong)(yong)的(de)(de)(de)結果。如(ru)形成(cheng)(cheng)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)占優(you)勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就是(shi)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)占優(you)勢，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)則(ze)為奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)；如(ru)穩定(ding)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)程(cheng)度還不(bu)足以(yi)使鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)點(dian)（M3）降至室(shi)溫以(yi)下，自高(gao)溫冷卻的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在(zai)高(gao)于(yu)(yu)室(shi)溫即轉(zhuan)變(bian)為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)，這(zhe)樣(yang)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就是(shi)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。為了簡便起(qi)見，可(ke)把鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)素折(zhe)合成(cheng)(cheng)鉻(ge)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，把奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)(yuan)素折(zhe)合成(cheng)(cheng)鎳的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)，而制成(cheng)(cheng)鉻(ge)當量［Cr］。和鎳當量［Ni］eq圖，以(yi)表明鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)實際成(cheng)(cheng)分和所得到的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)狀(zhuang)態，見圖9.13。該圖適用(yong)(yong)于(yu)(yu)從高(gao)溫快(kuai)速冷卻的(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，因而可(ke)以(yi)用(yong)(yong)來確定(ding)焊縫冷卻后的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。其(qi)中(zhong)(zhong)：
圖9.13雖不能(neng)十分(fen)確切地(di)確定不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)，但仍可以幫助(zhu)了解穩定奧氏體(ti)(ti)元(yuan)素和鐵素體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元(yuan)素對不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)組(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)相對影響(xiang)，粗略地(di)分(fen)析一些(xie)具有復(fu)雜化學成(cheng)分(fen)的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)組(zu)織(zhi)(zhi)。
圖9.14是從大量Cr-Ni奧氏體不銹鋼的(de)(de)試驗數據(ju)中整理得(de)到的(de)(de)，適用于1150℃熱加工后冷卻(que)狀態的(de)(de)不銹鋼組織。該圖考慮了元素(su)間的(de)(de)交互作(zuo)用：
