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。


8.jpg


  鎳(nie)(nie)、錳(meng)、銅(tong)等元(yuan)素本身具有面心立方晶格結(jie)構，加入鋼中使A3下降、A4上升，擴大γ相(xiang)區(qu)，并(bing)且穩定(ding)(ding)γ-Fe，使高溫(wen)(wen)面心立方晶格結(jie)構的(de)奧氏體能夠(gou)穩定(ding)(ding)到室溫(wen)(wen)，沒有相(xiang)變(bian)產生(sheng)。但銅(tong)的(de)作用比鎳(nie)(nie)、錳(meng)小得多(duo)，鎳(nie)(nie)、錳(meng)在(zai)一定(ding)(ding)溫(wen)(wen)度范(fan)圍內可(ke)與(yu)γ-Fe無限互溶(rong)。



1. Fe-Cr 不銹鋼(gang)


  不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的基本金相(xiang)(xiang)組織可用Fe-Cr系列(lie)(lie)狀態圖表示(shi)(shi)，如圖1-8所示(shi)(shi)。在(zai)(zai)800～1200℃之間，在(zai)(zai)所謂(wei)的γ環形(xing)圈(quan)內，是(shi)(shi)以奧氏(shi)體相(xiang)(xiang)（y）存(cun)(cun)在(zai)(zai)。γ相(xiang)(xiang)急劇(ju)冷(leng)卻時，則變態為馬(ma)(ma)氏(shi)體相(xiang)(xiang)。在(zai)(zai)γ環形(xing)圈(quan)外側(ce)，從(cong)高(gao)溫到常溫以穩定的鐵(tie)素體相(xiang)(xiang)（α）存(cun)(cun)在(zai)(zai)。馬(ma)(ma)氏(shi)體系列(lie)(lie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)、鐵(tie)素體系列(lie)(lie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)就(jiu)是(shi)(shi)含有(you)這些金相(xiang)(xiang)組織的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。所以Fe-Cr系列(lie)(lie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)一般(ban)不(bu)(bu)是(shi)(shi)馬(ma)(ma)氏(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，就(jiu)是(shi)(shi)鐵(tie)素體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。


  從圖(tu)1-8中可(ke)以看出(chu)，除了(le)在(zai)一定濃度(du)、溫(wen)度(du)范(fan)(fan)圍(wei)形成(cheng)。相外，在(zai)相當大的鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)范(fan)(fan)圍(wei)內形成(cheng)α相（鐵(tie)(tie)素體）。仔細分析Fe-Cr相圖(tu)的左側部分，在(zai)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)小(xiao)(xiao)于(yu)8％時，隨鉻(ge)(ge)(ge)量(liang)(liang)(liang)的增多(duo)，A4點(dian)(dian)降低，A3點(dian)(dian)也(ye)降低；鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)大于(yu)8％時，隨鉻(ge)(ge)(ge)量(liang)(liang)(liang)的增多(duo)，A3點(dian)(dian)升高，A4點(dian)(dian)降低，從而在(zai)鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)小(xiao)(xiao)于(yu)12.5％的范(fan)(fan)圍(wei)內形成(cheng)封閉的γ圈。這(zhe)表明，鉻(ge)(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)大于(yu)12.5％的Fe-Cr合金，就不再出(chu)現γ相。因(yin)而，高鉻(ge)(ge)(ge)不銹鋼，如Cr17、Cr25、Cr28等，都(dou)是(shi)鐵(tie)(tie)素體不銹鋼，這(zhe)些鋼從高溫(wen)到(dao)室(shi)溫(wen)都(dou)是(shi)體心立方(fang)（bcc）點(dian)(dian)陣(zhen)，即不論加熱和冷卻(que)都(dou)不發生α→γ相變(bian)。



2. Fe-Cr-Ni-Mn 不銹鋼(gang)


  從冶(ye)金觀點來說，奧(ao)氏體(ti)組織無(wu)論(lun)對鋼廠還(huan)是(shi)(shi)對加(jia)工(gong)制(zhi)造(zao)廠都是(shi)(shi)他們(men)所希望和(he)需要的(de)組織結構。在不(bu)銹鋼中(zhong)，可以(yi)(yi)使用其(qi)他奧(ao)氏體(ti)形成元(yuan)素，如錳、氮、銅等來部分地代替(ti)鎳以(yi)(yi)保持其(qi)奧(ao)氏體(ti)組織。在由(you)于鎳的(de)供(gong)應短缺的(de)情況下(xia)，這(zhe)種200類(lei)型的(de)節鎳型鋼得到了極大的(de)發(fa)展(zhan)。這(zhe)類(lei)鋼在卡(ka)車(che)(che)、拖車(che)(che)、汽車(che)(che)以(yi)(yi)及軌道交通等的(de)制(zhi)造(zao)中(zhong)得到大量應用。


  Fe-Cr-Mn三(san)元系中，既(ji)有縮(suo)小γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)元素Cr，又有擴大γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)元素Ni或Mn，在這種情況(kuang)下，不銹鋼(gang)的(de)(de)組(zu)(zu)織就要由給(gei)定(ding)(ding)成(cheng)分(fen)的(de)(de)合金在Fe-Cr-Mn相(xiang)(xiang)圖(tu)中的(de)(de)位置來確定(ding)(ding)。例如，在Fe-Cr-Mn三(san)元相(xiang)(xiang)圖(tu)的(de)(de)1000℃等溫截面上（圖(tu)1-9）可以看出，Mn擴大γ相(xiang)(xiang)區的(de)(de)能力比Ni小，含(han)錳(meng)(meng)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體溶(rong)解促成(cheng)鐵素體的(de)(de)元素Cr的(de)(de)量(liang)最多只有14％。Cr17Mn13鋼(gang)的(de)(de)成(cheng)分(fen)示態點在γy+αα兩(liang)相(xiang)(xiang)區；由于含(han)錳(meng)(meng)奧(ao)氏(shi)體有足夠的(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)性，在冷至室溫的(de)(de)過(guo)程中不發生(sheng)相(xiang)(xiang)變，因而得到的(de)(de)是奧(ao)氏(shi)體加鐵素體的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)組(zu)(zu)織。


9.jpg


  在1955年，12Cr17Mn6Ni5N（201）型不銹鋼(gang)被AISI接納為標準成分。12Cr18Mn9Ni5N（202）型也被采(cai)用。


  當(dang)把兩(liang)種選擇的(de)材料的(de)各種性能進(jin)行比較時，就(jiu)會(hui)發(fa)現200系列(lie)具有一些明顯的(de)優點(dian)。200系列(lie)合金較高的(de)退火強(qiang)度對某些用(yong)途是非(fei)常重要的(de)，而(er)且在(zai)生產(chan)和加工中(zhong)也(ye)會(hui)發(fa)現許(xu)多優點(dian)。除此(ci)之外，200系列(lie)不銹鋼的(de)價格也(ye)比300系列(lie)的(de)低。




3. Fe-Cr-Ni 不銹鋼


  Fe-Cr-Ni系列狀態圖如圖1-9所示。Ni是穩(wen)定(ding)奧(ao)氏(shi)體相（y）的元素，30％Ni將γ區擴(kuo)大至500～1450℃區間內。


  Fe-Cr-Ni三(san)(san)元系中，既有縮小γ相(xiang)區的(de)(de)(de)元素(su)Cr，又有擴(kuo)大γ相(xiang)區的(de)(de)(de)元素(su)Ni或(huo)Mn，在這種情況下，不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)組(zu)織就要由給定(ding)成(cheng)分的(de)(de)(de)合金在Fe-Cr-Ni相(xiang)圖中的(de)(de)(de)位(wei)置來確定(ding)。例(li)如，在Fe-Cr-Ni三(san)(san)元相(xiang)圖的(de)(de)(de)1100℃等溫(wen)截面上（圖1-10），Cr18Ni8的(de)(de)(de)成(cheng)分示(shi)態點在γ相(xiang)區，于是，這種成(cheng)分的(de)(de)(de)鋼(gang)快冷至室溫(wen)后，即可得(de)到單相(xiang)奧(ao)氏體組(zu)織。