下面介紹不銹(xiu)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(dui)不銹鋼組織和性能(neng)的影(ying)響
鎳是(shi)擴大奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)區的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)，在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中多與鉻(ge)配合，以(yi)獲得奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)-鐵素(su)體(ti)(ti)雙相(xiang)組(zu)織(zhi)或單(dan)相(xiang)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)具有更好的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)良(liang)好的(de)(de)(de)成形性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)及焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。鎳能(neng)(neng)(neng)使合金(jin)表面鈍化(hua)，擴大鋼(gang)(gang)(gang)在酸(suan)(suan)中的(de)(de)(de)鈍化(hua)范圍，但不(bu)能(neng)(neng)(neng)改善(shan)其對稀(xi)硝酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)抗硫酸(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)等腐蝕介質(zhi)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，是(shi)耐(nai)蝕鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)主要(yao)合金(jin)元(yuan)素(su)。如果單(dan)獨(du)使用鎳作為不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)合金(jin)元(yuan)素(su)，其質(zhi)量(liang)分(fen)數要(yao)高(gao)達24％才能(neng)(neng)(neng)得到全奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，而在低碳鉻(ge)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)基礎上，加入質(zhi)量(liang)分(fen)數為9％的(de)(de)(de)鎳，即可獲得耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)好、綜合力(li)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)好的(de)(de)(de)室溫下穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，既(ji)能(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)要(yao)求，又能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫強度和(he)抗氧化(hua)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，成為一(yi)種具有良(liang)好綜合性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬(mu)和銅對不銹鋼組織和性能的影響(xiang)
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(yi)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)對非氧化性(xing)介質的抗蝕(shi)能(neng)力，進(jin)一(yi)步擴大鋼(gang)(gang)的穩定性(xing)范圍。在鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)中加入(ru)銅能(neng)促(cu)使鋼(gang)(gang)產生彌(mi)散硬(ying)化組織，提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的熱強性(xing)。與鉬配合使用，可進(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)在稀硫(liu)酸中的耐蝕(shi)性(xing)能(neng)。列人我國(guo)國(guo)家標準的牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等(deng)。
4. 錳(meng)和氮(dan)對不銹鋼組織和性能的影響
錳和(he)氮，它們都是促進奧氏(shi)體形成(cheng)的元素(su)，其(qi)中(zhong)氮比錳的作用更為強(qiang)烈。為了節省昂貴的鎳(nie)(nie)的用量，可用它們替代奧氏(shi)體型不銹鋼中(zhong)的一部分鎳(nie)(nie)。錳和(he)氮能(neng)大大提高鉻不銹鋼在(zai)有機酸中(zhong)的耐蝕性(xing)。
這類鋼(gang)列人我國國家標準的(de)牌號有(you)12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含量(liang)過高(gao)時，對含鉻(ge)量(liang)較(jiao)低的(de)不銹鋼(gang)的(de)耐蝕(shi)性不利，還會使鑄鋼(gang)件產生氣孔(kong)，同時增加材料或接(jie)頭的(de)硬度，給冷(leng)加工帶來困難(nan)。氮(dan)(dan)(dan)與(yu)碳共同作用(yong)能提高(gao)奧氏體型鋼(gang)的(de)熱(re)強(qiang)(qiang)性，氮(dan)(dan)(dan)的(de)強(qiang)(qiang)化(hua)作用(yong)在于時效過程中形成氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物和碳氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物。
氮(dan)(dan)對雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼有重要作用：在(zai)(zai)焊接接頭(tou)熱影響區快速冷卻時，氮(dan)(dan)促進了(le)高(gao)溫下形成的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)逆轉(zhuan)變為足夠的(de)(de)二(er)次奧氏(shi)體(ti)(ti)以維持必要的(de)(de)相(xiang)(xiang)平衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)接頭(tou)的(de)(de)耐蝕性(xing)；氮(dan)(dan)可(ke)以提(ti)高(gao)富氮(dan)(dan)奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)的(de)(de)耐孔(kong)蝕能(neng)力，與富鉻(ge)、鉬的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)取(qu)得平衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)材料整體(ti)(ti)的(de)(de)耐孔(kong)蝕性(xing)能(neng)；氮(dan)(dan)能(neng)減輕鉻(ge)、鎳等元素(su)在(zai)(zai)兩相(xiang)(xiang)中(zhong)分布的(de)(de)差異，降低選(xuan)擇腐蝕的(de)(de)傾向性(xing)。
5. 鈦和鈮對不銹鋼組織和性能的影(ying)響
鈦和(he)鈮，它們與碳的親和(he)力比鉻大，能優先形成穩定碳化物，減輕(qing)晶間(jian)腐蝕(shi)傾向(xiang)。
在鉻(ge)鎳不銹(xiu)鋼中(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)加(jia)入量大(da)于碳含(han)量的(de)(de)(de)5倍(bei)，或(huo)者鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)加(jia)入量大(da)于碳含(han)量的(de)(de)(de)8倍(bei)時，可以使絕大(da)部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)碳存在于鈦或(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)碳化物之中(zhong)，因而使固(gu)溶碳的(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)(fen)數降(jiang)到0.03％以下，這(zhe)就能保證(zheng)鉻(ge)在鋼中(zhong)的(de)(de)(de)有效固(gu)溶濃度。由于鉻(ge)在鋼中(zhong)的(de)(de)(de)有效固(gu)溶濃度得到保證(zheng)、從而改(gai)善鋼的(de)(de)(de)抗晶間腐(fu)蝕能力。鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)(fen)數達(da)到0.5％～2.0％，既能提高奧(ao)氏體鋼的(de)(de)(de)熱強性(xing)，又能提高鋼的(de)(de)(de)持久塑性(xing)。鈮(ni)(ni)(ni)在含(han)碳量較低的(de)(de)(de)奧(ao)氏體鋼中(zhong)會(hui)促進(jin)近縫區和焊縫金屬產生裂(lie)紋，在鉻(ge)鎳奧(ao)氏體鋼中(zhong)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)(fen)數應控制在1.0％范圍(wei)內。這(zhe)類(lei)鋼列入我國(guo)國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun)的(de)(de)(de)牌號(hao)很多(duo)，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳(tan)對不銹鋼組織和(he)性能(neng)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(jin)元(yuan)素(su)(su)(su)對鋼的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)不(bu)是(shi)(shi)簡單(dan)的(de)(de)(de)疊加，也不(bu)是(shi)(shi)相(xiang)互(hu)(hu)抵消的(de)(de)(de)。它(ta)們相(xiang)互(hu)(hu)之間(jian)有時會發(fa)生新(xin)的(de)(de)(de)物(wu)理化(hua)(hua)學(xue)作(zuo)用(yong)，往往會引起強(qiang)化(hua)(hua)力學(xue)性能的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。各種(zhong)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)(su)(su)對不(bu)銹鋼組(zu)織結構和性能的(de)(de)(de)影響見(jian)表(biao)1-13，亦可(ke)參見(jian)圖1-1、圖1-2。從表(biao)中(zhong)可(ke)以看出(chu)，合(he)金(jin)元(yuan)素(su)(su)(su)對不(bu)銹鋼組(zu)織的(de)(de)(de)影響基本上分三(san)(san)大(da)類：第(di)一類是(shi)(shi)形成(cheng)鐵素(su)(su)(su)體的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)，有鉻、硅、鋁(lv)、鉬、鈦、鈮等(deng)；第(di)二類是(shi)(shi)形成(cheng)奧氏體的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)，有碳(tan)、氮、鎳(nie)、錳、銅(tong)，其中(zhong)碳(tan)和氮的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)程度最大(da)；第(di)三(san)(san)類是(shi)(shi)形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)、有鈮、鈦、碳(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等(deng)。加入銅(tong)、鋁(lv)、鈦、鈮、氮等(deng)元(yuan)素(su)(su)(su)能促使鋼產生彌散硬化(hua)(hua)，從而提高鋼的(de)(de)(de)熱強(qiang)性。
表1-13 各種合金元素對不銹(xiu)鋼組織結構和性能(neng)的影響
