下面介紹不銹鋼(gang)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(zhi)和性(xing)能的影響(xiang)
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. 鎳對不銹鋼(gang)組織和(he)性能的影(ying)響
鎳(nie)是擴大奧氏(shi)體(ti)(ti)區的(de)(de)(de)元素，在(zai)(zai)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)多與鉻配合(he)，以獲(huo)得(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)雙相組(zu)織(zhi)或(huo)單相奧氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，使(shi)鋼(gang)具有更(geng)好的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和良好的(de)(de)(de)成形性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)及(ji)焊接性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)(neng)(neng)使(shi)合(he)金(jin)表(biao)面鈍化，擴大鋼(gang)在(zai)(zai)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)鈍化范圍，但(dan)不(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)改善(shan)其(qi)對(dui)稀硝酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)(neng)提高(gao)不(bu)銹鋼(gang)抗硫酸(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)等腐蝕(shi)(shi)介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，是耐蝕(shi)(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)主要合(he)金(jin)元素。如果單獨使(shi)用鎳(nie)作為不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)合(he)金(jin)元素，其(qi)質(zhi)量(liang)分(fen)數要高(gao)達24％才(cai)能(neng)(neng)(neng)(neng)得(de)到(dao)全奧氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，而在(zai)(zai)低(di)碳(tan)鉻不(bu)銹鋼(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)基礎上，加(jia)入質(zhi)量(liang)分(fen)數為9％的(de)(de)(de)鎳(nie)，即可獲(huo)得(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)好、綜(zong)合(he)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)好的(de)(de)(de)室(shi)溫下穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)，既(ji)能(neng)(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)要求，又能(neng)(neng)(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫強度和抗氧化性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，成為一(yi)種具有良好綜(zong)合(he)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)鋼(gang)種。
3. 鉬和銅對不銹鋼(gang)組(zu)織(zhi)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(ke)以(yi)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)對非氧化(hua)性(xing)介質的(de)抗蝕(shi)能力，進(jin)一步擴大鋼(gang)(gang)的(de)穩定性(xing)范圍。在鉻(ge)鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)加(jia)入(ru)銅能促使(shi)鋼(gang)(gang)產(chan)生彌散(san)硬化(hua)組織，提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)熱強性(xing)。與鉬配合(he)使(shi)用，可(ke)進(jin)一步提(ti)高(gao)鉻(ge)鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)在稀硫酸中(zhong)(zhong)的(de)耐蝕(shi)性(xing)能。列人我國(guo)國(guo)家標準的(de)牌號有(you)06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮對不銹(xiu)鋼組(zu)織(zhi)和性能的影響
錳和氮，它們(men)都是促進奧氏體(ti)形成的元(yuan)素，其中氮比錳的作用更為強烈。為了節省昂貴的鎳的用量，可用它們(men)替代奧氏體(ti)型(xing)不(bu)銹鋼(gang)中的一部分(fen)鎳。錳和氮能大大提(ti)高鉻(ge)不(bu)銹鋼(gang)在(zai)有機酸中的耐蝕性。
這類鋼(gang)(gang)列人我國國家標(biao)準的(de)(de)牌(pai)號有(you)12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和(he)12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當(dang)錳含量(liang)過(guo)高(gao)時(shi)，對含鉻量(liang)較(jiao)低(di)的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)不(bu)利，還會使鑄鋼(gang)(gang)件產生氣孔，同(tong)時(shi)增加材料或接頭的(de)(de)硬度，給冷加工帶來困(kun)難。氮與碳(tan)共同(tong)作用能提高(gao)奧氏體型鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱(re)強性(xing)(xing)，氮的(de)(de)強化作用在于時(shi)效過(guo)程(cheng)中形成氮化物和(he)碳(tan)氮化物。
氮(dan)(dan)對(dui)雙相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)有重要作用：在(zai)焊接接頭熱(re)影響區快速冷(leng)卻(que)時，氮(dan)(dan)促進了(le)高(gao)溫下形成的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)逆轉變為足夠(gou)的(de)(de)二次奧氏體(ti)(ti)以維持必要的(de)(de)相(xiang)(xiang)平(ping)衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)接頭的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)；氮(dan)(dan)可以提(ti)高(gao)富氮(dan)(dan)奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)(nai)孔蝕能力，與富鉻(ge)、鉬的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)取(qu)得平(ping)衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)材料整體(ti)(ti)的(de)(de)耐(nai)(nai)孔蝕性(xing)能；氮(dan)(dan)能減輕鉻(ge)、鎳等元素在(zai)兩相(xiang)(xiang)中(zhong)分布的(de)(de)差異，降(jiang)低選(xuan)擇腐蝕的(de)(de)傾向性(xing)。
5. 鈦和鈮對(dui)不銹鋼組織(zhi)和性(xing)能的影響
鈦和鈮，它們與(yu)碳(tan)的(de)親(qin)和力比鉻大，能(neng)優先形成(cheng)穩(wen)定碳(tan)化物，減輕晶間(jian)腐蝕傾向。
在鉻鎳(nie)(nie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)，當(dang)鈦的(de)(de)(de)(de)加入量大(da)于(yu)碳(tan)含(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)5倍，或者鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)加入量大(da)于(yu)碳(tan)含(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)8倍時，可以使(shi)絕大(da)部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)存在于(yu)鈦或鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物之中(zhong)(zhong)，因而(er)使(shi)固溶(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)質量分(fen)(fen)數(shu)降到(dao)0.03％以下，這(zhe)就(jiu)能保證鉻在鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶(rong)濃度。由(you)于(yu)鉻在鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶(rong)濃度得到(dao)保證、從而(er)改(gai)善鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間腐(fu)蝕能力。鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質量分(fen)(fen)數(shu)達(da)到(dao)0.5％～2.0％，既能提(ti)高(gao)奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱(re)強性，又能提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久塑性。鈮(ni)在含(han)(han)碳(tan)量較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)會(hui)促(cu)進近(jin)縫區和焊縫金屬(shu)產(chan)生(sheng)裂紋，在鉻鎳(nie)(nie)奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質量分(fen)(fen)數(shu)應控制在1.0％范圍內。這(zhe)類(lei)鋼(gang)(gang)列入我國國家標準的(de)(de)(de)(de)牌號很多，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對不銹鋼(gang)組織和性(xing)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(yuan)(yuan)素(su)(su)對(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用不(bu)是(shi)(shi)簡單的(de)(de)(de)疊加，也不(bu)是(shi)(shi)相互(hu)抵消的(de)(de)(de)。它們相互(hu)之間有時(shi)會(hui)發生新的(de)(de)(de)物理化(hua)學作(zuo)(zuo)用，往(wang)往(wang)會(hui)引起強化(hua)力學性能(neng)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。各(ge)種(zhong)合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)對(dui)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)組(zu)織結構和性能(neng)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(cong)表(biao)中可(ke)以看(kan)出，合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)對(dui)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)組(zu)織的(de)(de)(de)影響基本上分三大類(lei)：第(di)一類(lei)是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)鐵素(su)(su)體的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，有鉻、硅、鋁(lv)、鉬、鈦(tai)、鈮(ni)等(deng)；第(di)二類(lei)是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)奧氏(shi)體的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，有碳(tan)(tan)、氮(dan)(dan)、鎳(nie)、錳、銅，其(qi)中碳(tan)(tan)和氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用程(cheng)度最大；第(di)三類(lei)是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)碳(tan)(tan)化(hua)物的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)、有鈮(ni)、鈦(tai)、碳(tan)(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等(deng)。加入銅、鋁(lv)、鈦(tai)、鈮(ni)、氮(dan)(dan)等(deng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)能(neng)促(cu)使鋼(gang)產(chan)生彌(mi)散硬化(hua)，從(cong)而提高鋼(gang)的(de)(de)(de)熱(re)強性。
表1-13 各(ge)種(zhong)合金元(yuan)素對(dui)不銹鋼組織結(jie)構和性能的影響
