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Cr的原子半徑尺寸(cun)相(xiang)近（表2.1），Cr加入Fe中后(hou)可以(yi)與α-Fe無限互溶(rong)(rong)。約在12％Cr和1000℃時封閉y區(qu)，以(yi)后(hou)是(shi)α＋γ兩相(xiang)區(qu)，當鉻含量(liang)超(chao)過14％后(hou)，將得到α固溶(rong)(rong)體(ti)。需要指出，γ區(qu)和α＋y區(qu)邊界(jie)的測定結果與所用原料(liao)的純(chun)度有關，早期使(shi)用的原料(liao)不可能很純(chun)，所含碳及氮較高。圖(tu)2.12的y區(qu)和α＋γ雙相(xiang)區(qu)邊界(jie)數據來自于文(wen)獻。
由圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時(shi)的(de)(de)平衡圖(tu)可以看出，隨Cr／C的(de)(de)增加，鋼(gang)中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是縮(suo)小(xiao)Fe-C合金(jin)γ相(xiang)區的(de)(de)元素，圖(tu)2.34可以顯示鉻縮(suo)小(xiao)y相(xiang)區的(de)(de)趨勢，當鉻含量為20％時(shi)，γ相(xiang)區縮(suo)小(xiao)為一點。
碳(tan)能擴(kuo)大Fe-Cr平衡(heng)圖的(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)區(qu)，但其溶(rong)解度(du)極限卻(que)隨鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高而減少。圖9.6表明，在碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)0.6％的(de)(de)(de)(de)Fe-Cr-C合金中(zhong)，鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)達18％時(shi)高溫下仍為(wei)(wei)(wei)單一的(de)(de)(de)(de)y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)范(fan)圍在18％～27％時(shi)，鋼(gang)在高溫時(shi)的(de)(de)(de)(de)組織為(wei)(wei)(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)高于27％時(shi)，鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組織將(jiang)成為(wei)(wei)(wei)單一的(de)(de)(de)(de)α相(xiang)(xiang)，不可能產生馬(ma)氏體相(xiang)(xiang)變。碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)0.6％和鉻(ge)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)(wei)18％時(shi)，單一的(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)區(qu)最(zui)寬，如果繼續提(ti)高碳(tan)含(han)(han)量(liang)(liang)，將(jiang)生成碳(tan)化(hua)物相(xiang)(xiang)。
不銹鋼(gang)的鉻(ge)含(han)量(liang)一(yi)般在12％以上(shang)，在Fe-Cr-C合金(jin)中，馬氏體(ti)鋼(gang)鉻(ge)含(han)量(liang)為12％～18％，鐵素體(ti)鋼(gang)鉻(ge)含(han)量(liang)為15％～30％，這(zhe)兩類(lei)鋼(gang)的鉻(ge)含(han)量(liang)有(you)重復的區域（15％～18％），至于屬于哪一(yi)類(lei)，取決于其(qi)碳含(han)量(liang)。
含鉻(ge)的奧氏(shi)體(ti)（y相）不(bu)穩定，只(zhi)存在于高溫區，緩冷(leng)(leng)時轉變為鐵(tie)素體(ti)（α相），急冷(leng)(leng)時可(ke)以轉變為馬(ma)氏(shi)體(ti)；加入碳(tan)之后(hou)，可(ke)以擴(kuo)大y相區；速(su)冷(leng)(leng)后(hou)，可(ke)以獲得(de)部(bu)分殘余奧氏(shi)體(ti)，但高碳(tan)的奧氏(shi)體(ti)在冷(leng)(leng)卻過程中(zhong)易于析出碳(tan)化鉻(ge)而降(jiang)低(di)基體(ti)中(zhong)的鉻(ge)含量，降(jiang)低(di)了鋼的耐蝕性。
為了能(neng)在室溫(wen)獲得穩定的(de)奧氏體，可在Fe-C中加入(ru)鎳和(he)錳，兩(liang)者都是(shi)擴大γ相區的(de)元素。圖(tu)2.5、圖(tu)2.7分(fen)別為Fe-Mn和(he)Fe-Ni的(de)平衡圖(tu)，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可生(sheng)成無限互溶的(de)γ相區。
圖9.7為Fe-Cr-Ni三元(yuan)系在高溫的(de)(de)相圖，可以看出，由于鎳(nie)的(de)(de)存在，在1100℃下(xia)，y相區擴(kuo)展(zhan)到較高的(de)(de)鉻含量，這種高溫穩(wen)(wen)定的(de)(de)γ相急冷到室(shi)溫，形(xing)成(cheng)如圖9.8所示(shi)的(de)(de)室(shi)溫下(xia)的(de)(de)各種亞(ya)穩(wen)(wen)相及穩(wen)(wen)定相。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)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(he)金元素(su)對(dui)不銹鋼組(zu)織的(de)影響基(ji)本上可以分為(wei)兩大類：一類是(shi)擴(kuo)大奧(ao)氏體(ti)區或穩定(ding)奧(ao)氏體(ti)的(de)元素(su)，它(ta)們(men)是(shi)碳、氮、鎳、錳、銅(tong)等；另一類是(shi)封閉或(huo)縮小奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)區形(xing)成(cheng)(cheng)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，它們(men)是(shi)鉻、硅、鈦、鈮、鉬等(deng)。當這(zhe)兩類作(zuo)用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)同時存在于不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中時，不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)就(jiu)取(qu)決(jue)于它們(men)互相作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果。如形(xing)成(cheng)(cheng)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)就(jiu)是(shi)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)；如穩(wen)定奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)則為奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)；如穩(wen)定奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)程度還不(bu)足以(yi)使鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變點（M3）降至室(shi)溫(wen)以(yi)下，自高(gao)溫(wen)冷(leng)卻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)在高(gao)于室(shi)溫(wen)即(ji)轉變為馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，這(zhe)樣鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)就(jiu)是(shi)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。為了簡便起見(jian)，可(ke)把(ba)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)折(zhe)合成(cheng)(cheng)鉻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，把(ba)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)(cheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)折(zhe)合成(cheng)(cheng)鎳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，而制成(cheng)(cheng)鉻當量［Cr］。和(he)(he)鎳當量［Ni］eq圖(tu)，以(yi)表明鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實際成(cheng)(cheng)分和(he)(he)所得到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)狀(zhuang)態(tai)，見(jian)圖(tu)9.13。該圖(tu)適(shi)用(yong)于從高(gao)溫(wen)快速冷(leng)卻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，因而可(ke)以(yi)用(yong)來確(que)定焊(han)縫冷(leng)卻后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)。其中：
圖9.13雖不(bu)能(neng)十分確切地確定(ding)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)組織，但仍可以(yi)幫助了(le)解穩(wen)定(ding)奧氏體元(yuan)素(su)和鐵(tie)素(su)體形成元(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)組織的(de)相對(dui)影響，粗略地分析(xi)一些(xie)具有復(fu)雜化(hua)學(xue)成分的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)組織。
圖9.14是從大(da)量Cr-Ni奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的試驗數據(ju)中(zhong)整理得到的，適用于1150℃熱加(jia)工(gong)后(hou)冷卻狀態的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織。該圖考慮了(le)元素間(jian)的交互作用：
