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(dui)不銹鋼(gang)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)的影響
鎳(nie)是擴(kuo)大(da)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)區的(de)(de)(de)元素(su)(su)，在(zai)不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)多與(yu)鉻(ge)配合(he)，以獲(huo)得奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)-鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)雙相組織或單(dan)相奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)組織，使鋼具(ju)有更好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)和(he)良(liang)好的(de)(de)(de)成形性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)及焊接性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)(neng)(neng)使合(he)金表面鈍(dun)化，擴(kuo)大(da)鋼在(zai)酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鈍(dun)化范(fan)圍，但不能(neng)(neng)(neng)(neng)改善其對稀硝酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)(neng)提高不銹(xiu)鋼抗硫酸(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)等(deng)腐蝕介質的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，是耐(nai)(nai)蝕鋼的(de)(de)(de)主要(yao)合(he)金元素(su)(su)。如果單(dan)獨使用鎳(nie)作(zuo)為不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)合(he)金元素(su)(su)，其質量分(fen)數要(yao)高達24％才(cai)能(neng)(neng)(neng)(neng)得到(dao)全奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)組織，而在(zai)低碳(tan)鉻(ge)不銹(xiu)鋼（wcr＞17％）的(de)(de)(de)基礎上(shang)，加入質量分(fen)數為9％的(de)(de)(de)鎳(nie)，即(ji)可(ke)獲(huo)得耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)好、綜合(he)力學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)好的(de)(de)(de)室(shi)溫下穩定的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)組織，既能(neng)(neng)(neng)(neng)滿(man)足鋼的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)要(yao)求，又能(neng)(neng)(neng)(neng)提高鋼的(de)(de)(de)高溫強度和(he)抗氧化性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，成為一(yi)種具(ju)有良(liang)好綜合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)鋼種。
3. 鉬和銅對不銹鋼組(zu)織和性能(neng)的(de)影(ying)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(tong)可以(yi)提高(gao)鋼(gang)對非氧化(hua)性(xing)介質的(de)(de)(de)抗蝕(shi)能力，進(jin)一步擴大(da)鋼(gang)的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)范圍。在(zai)鉻(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)加(jia)入銅(tong)能促使(shi)鋼(gang)產生彌散(san)硬化(hua)組織，提高(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強性(xing)。與(yu)鉬配合使(shi)用，可進(jin)一步提高(gao)鉻(ge)鎳不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)稀硫(liu)酸中(zhong)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)能。列人我國(guo)國(guo)家標準的(de)(de)(de)牌號(hao)有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳(meng)和(he)氮對不銹(xiu)鋼組織和(he)性能(neng)的影響
錳(meng)和氮，它們都是促進奧氏(shi)體形成的(de)元素，其中氮比錳(meng)的(de)作(zuo)用(yong)更(geng)為(wei)(wei)強烈。為(wei)(wei)了節省昂(ang)貴(gui)的(de)鎳的(de)用(yong)量(liang)，可用(yong)它們替代奧氏(shi)體型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)一部分(fen)鎳。錳(meng)和氮能大(da)大(da)提高(gao)鉻(ge)不(bu)銹(xiu)鋼在有機酸中的(de)耐蝕(shi)性。
這類(lei)鋼(gang)列人我(wo)國國家標準的(de)牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和(he)12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含(han)量過(guo)高時，對(dui)含(han)鉻量較低(di)的(de)不(bu)銹鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性不(bu)利，還會(hui)使鑄鋼(gang)件產生氣(qi)孔，同(tong)(tong)時增加材料(liao)或(huo)接頭的(de)硬度，給冷加工帶來困難。氮與碳共(gong)同(tong)(tong)作(zuo)用能提(ti)高奧(ao)氏(shi)體(ti)型鋼(gang)的(de)熱強(qiang)性，氮的(de)強(qiang)化作(zuo)用在于時效過(guo)程中(zhong)形成氮化物和(he)碳氮化物。
氮(dan)(dan)(dan)對雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)有(you)重要(yao)作(zuo)用：在焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)熱(re)影響區快速冷(leng)卻時，氮(dan)(dan)(dan)促進了高溫(wen)下形成(cheng)的(de)(de)鐵素(su)體(ti)逆轉變為足夠的(de)(de)二次奧氏(shi)體(ti)以維持(chi)必要(yao)的(de)(de)相(xiang)(xiang)平衡，提高了接(jie)頭(tou)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)；氮(dan)(dan)(dan)可以提高富氮(dan)(dan)(dan)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)孔蝕(shi)(shi)能力，與富鉻(ge)、鉬的(de)(de)鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)取得平衡，提高了材料(liao)整(zheng)體(ti)的(de)(de)耐(nai)孔蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能；氮(dan)(dan)(dan)能減輕鉻(ge)、鎳等元素(su)在兩相(xiang)(xiang)中分布的(de)(de)差(cha)異，降低(di)選擇腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)傾向性(xing)(xing)。
5. 鈦(tai)和鈮對不銹(xiu)鋼組織和性能的影(ying)響
鈦和鈮(ni)，它們與碳的親和力比(bi)鉻大，能優(you)先形成穩定碳化物，減輕晶間腐蝕傾向。
在鉻鎳(nie)不銹鋼中(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)大(da)(da)于(yu)碳(tan)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)5倍(bei)(bei)，或者鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入量(liang)大(da)(da)于(yu)碳(tan)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)8倍(bei)(bei)時，可以使絕大(da)(da)部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)存在于(yu)鈦或鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物之中(zhong)，因而(er)使固溶(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)降到(dao)0.03％以下，這就能保證(zheng)鉻在鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶(rong)濃(nong)度。由于(yu)鉻在鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶(rong)濃(nong)度得到(dao)保證(zheng)、從而(er)改善鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗晶間(jian)腐蝕(shi)能力。鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)達到(dao)0.5％～2.0％，既能提高(gao)奧氏(shi)體(ti)(ti)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)強(qiang)性，又(you)能提高(gao)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)持久塑性。鈮(ni)在含(han)碳(tan)量(liang)較低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)鋼中(zhong)會促進近縫區和焊縫金(jin)屬(shu)產生裂紋(wen)，在鉻鎳(nie)奧氏(shi)體(ti)(ti)鋼中(zhong)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)應(ying)控制在1.0％范圍內。這類鋼列入我國國家標準的(de)(de)(de)(de)(de)(de)牌號很多，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對不銹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)金元素(su)(su)對鋼(gang)(gang)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)不(bu)是簡單的(de)(de)疊加，也(ye)不(bu)是相(xiang)互(hu)抵消的(de)(de)。它們相(xiang)互(hu)之間(jian)有(you)時會發生(sheng)新的(de)(de)物(wu)理化(hua)學作(zuo)(zuo)用(yong)，往(wang)往(wang)會引起強(qiang)化(hua)力學性能(neng)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)。各種合(he)金元素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織結構和性能(neng)的(de)(de)影響見表(biao)1-13，亦可參見圖(tu)(tu)1-1、圖(tu)(tu)1-2。從表(biao)中(zhong)可以看出，合(he)金元素(su)(su)對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織的(de)(de)影響基(ji)本上分三大(da)類：第一類是形(xing)成鐵素(su)(su)體(ti)的(de)(de)元素(su)(su)，有(you)鉻、硅、鋁(lv)、鉬、鈦、鈮等(deng)；第二類是形(xing)成奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)元素(su)(su)，有(you)碳(tan)(tan)、氮(dan)、鎳(nie)、錳、銅，其中(zhong)碳(tan)(tan)和氮(dan)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)程度最大(da)；第三類是形(xing)成碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)的(de)(de)元素(su)(su)、有(you)鈮、鈦、碳(tan)(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等(deng)。加入銅、鋁(lv)、鈦、鈮、氮(dan)等(deng)元素(su)(su)能(neng)促使(shi)鋼(gang)(gang)產生(sheng)彌散硬化(hua)，從而提高鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱強(qiang)性。
表1-13 各種合金元(yuan)素對不銹(xiu)鋼(gang)組織結構和性能的影響(xiang)
