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2.12為(wei)Fe-Cr二元平衡圖。Fe和(he)Cr的(de)原子半徑尺寸相近(jin)（表(biao)2.1），Cr加入(ru)Fe中后(hou)可以與α-Fe無限(xian)互溶。約在12％Cr和(he)1000℃時(shi)封閉y區(qu)(qu)(qu)，以后(hou)是α＋γ兩相區(qu)(qu)(qu)，當鉻含量超過14％后(hou)，將得到α固溶體。需要(yao)指出，γ區(qu)(qu)(qu)和(he)α＋y區(qu)(qu)(qu)邊界(jie)的(de)測定結(jie)果與所(suo)用原料的(de)純度有關，早期(qi)使用的(de)原料不(bu)可能很純，所(suo)含碳及(ji)氮較高。圖2.12的(de)y區(qu)(qu)(qu)和(he)α＋γ雙(shuang)相區(qu)(qu)(qu)邊界(jie)數據來自于文獻(xian)。
由(you)圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時的(de)(de)平衡圖(tu)可(ke)以(yi)看出，隨Cr／C的(de)(de)增(zeng)加，鋼中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是縮(suo)小(xiao)Fe-C合金γ相區(qu)(qu)的(de)(de)元素，圖(tu)2.34可(ke)以(yi)顯示鉻縮(suo)小(xiao)y相區(qu)(qu)的(de)(de)趨勢(shi)，當鉻含量為(wei)20％時，γ相區(qu)(qu)縮(suo)小(xiao)為(wei)一點。
碳(tan)(tan)能擴大(da)Fe-Cr平(ping)衡(heng)圖的(de)γ相區，但其溶解度極限卻隨鉻(ge)含(han)量(liang)的(de)提高(gao)(gao)而減少。圖9.6表明，在(zai)碳(tan)(tan)含(han)量(liang)為0.6％的(de)Fe-Cr-C合金中，鉻(ge)含(han)量(liang)達18％時高(gao)(gao)溫下仍(reng)為單一(yi)的(de)y相；鉻(ge)含(han)量(liang)范圍在(zai)18％～27％時，鋼在(zai)高(gao)(gao)溫時的(de)組(zu)織為a＋y相；鉻(ge)含(han)量(liang)高(gao)(gao)于27％時，鋼的(de)組(zu)織將成(cheng)為單一(yi)的(de)α相，不可能產(chan)生馬氏體相變。碳(tan)(tan)含(han)量(liang)為0.6％和鉻(ge)含(han)量(liang)為18％時，單一(yi)的(de)γ相區最寬，如果繼續提高(gao)(gao)碳(tan)(tan)含(han)量(liang)，將生成(cheng)碳(tan)(tan)化物相。
不(bu)銹鋼的鉻(ge)含(han)量一般在12％以上，在Fe-Cr-C合金(jin)中，馬氏體鋼鉻(ge)含(han)量為(wei)12％～18％，鐵素體鋼鉻(ge)含(han)量為(wei)15％～30％，這(zhe)兩(liang)類鋼的鉻(ge)含(han)量有重復的區域（15％～18％），至于屬于哪一類，取決(jue)于其碳含(han)量。
含鉻的奧氏(shi)(shi)體(ti)（y相(xiang)）不穩定，只存在于(yu)高(gao)溫區，緩冷(leng)(leng)時轉變為鐵素體(ti)（α相(xiang)），急冷(leng)(leng)時可(ke)以轉變為馬氏(shi)(shi)體(ti)；加入碳(tan)之(zhi)后(hou)，可(ke)以擴(kuo)大y相(xiang)區；速冷(leng)(leng)后(hou)，可(ke)以獲得部分(fen)殘余奧氏(shi)(shi)體(ti)，但高(gao)碳(tan)的奧氏(shi)(shi)體(ti)在冷(leng)(leng)卻過程中(zhong)易(yi)于(yu)析出碳(tan)化鉻而降低基體(ti)中(zhong)的鉻含量，降低了鋼的耐蝕性。
為(wei)了能在室溫獲得穩定的(de)奧氏體，可在Fe-C中加入鎳和(he)錳，兩者都是擴大(da)γ相(xiang)區的(de)元(yuan)素(su)。圖2.5、圖2.7分別為(wei)Fe-Mn和(he)Fe-Ni的(de)平(ping)衡圖，Fe-Mn和(he)Fe-Ni均可生成無限互溶的(de)γ相(xiang)區。
圖9.7為(wei)Fe-Cr-Ni三(san)元(yuan)系在高(gao)溫的(de)相(xiang)圖，可以看出，由于鎳的(de)存在，在1100℃下(xia)，y相(xiang)區擴展到(dao)較高(gao)的(de)鉻含量，這(zhe)種高(gao)溫穩(wen)定的(de)γ相(xiang)急(ji)冷(leng)到(dao)室(shi)溫，形(xing)成如圖9.8所(suo)示的(de)室(shi)溫下(xia)的(de)各種亞穩(wen)相(xiang)及穩(wen)定相(xiang)。
雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩定y相，但在奧氏體不銹鋼(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。
合金元素對不銹鋼組織(zhi)的(de)影響(xiang)基(ji)本上可以分為(wei)兩大類：一類是擴大奧氏體區或穩(wen)定(ding)奧氏體的(de)元素，它們是碳、氮、鎳(nie)、錳、銅等；另一類是(shi)封(feng)閉或縮小(xiao)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)區形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，它(ta)(ta)們是(shi)鉻(ge)、硅、鈦、鈮(ni)、鉬等。當(dang)這兩(liang)類作(zuo)(zuo)用不(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)同(tong)時存(cun)在(zai)于(yu)(yu)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)時，不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)就(jiu)取決于(yu)(yu)它(ta)(ta)們互相(xiang)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)結果。如(ru)(ru)(ru)形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)就(jiu)是(shi)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)(ru)(ru)穩定(ding)(ding)(ding)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在(zai)鋼(gang)(gang)中(zhong)占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)則為(wei)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)；如(ru)(ru)(ru)穩定(ding)(ding)(ding)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用程度還不(bu)(bu)(bu)足以使鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)點（M3）降(jiang)至(zhi)室溫(wen)(wen)以下(xia)，自高(gao)溫(wen)(wen)冷卻(que)的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)在(zai)高(gao)于(yu)(yu)室溫(wen)(wen)即(ji)轉變(bian)為(wei)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)，這樣鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)就(jiu)是(shi)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。為(wei)了簡便起(qi)見(jian)，可把鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)(su)折(zhe)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鉻(ge)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，把奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)(su)折(zhe)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鎳的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，而(er)制成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)鉻(ge)當(dang)量(liang)(liang)［Cr］。和(he)鎳當(dang)量(liang)(liang)［Ni］eq圖(tu)，以表明鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)實際成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)分和(he)所得到的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)狀(zhuang)態，見(jian)圖(tu)9.13。該(gai)圖(tu)適用于(yu)(yu)從高(gao)溫(wen)(wen)快速冷卻(que)的(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)，因而(er)可以用來確定(ding)(ding)(ding)焊縫冷卻(que)后的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)。其中(zhong)：
圖9.13雖(sui)不(bu)能十分確切地確定不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)(de)組織，但仍可以幫助了解穩定奧氏體元(yuan)素(su)和鐵素(su)體形成元(yuan)素(su)對(dui)(dui)不(bu)銹(xiu)鋼中組織的(de)(de)相對(dui)(dui)影響(xiang)，粗略地分析一些具有復雜化學(xue)成分的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼組織。
圖(tu)9.14是從大量Cr-Ni奧氏體不銹(xiu)鋼的(de)試驗數據中整理(li)得到的(de)，適用于(yu)1150℃熱加工后冷(leng)卻狀態的(de)不銹(xiu)鋼組(zu)織。該圖(tu)考慮了元素間的(de)交互作用：
