廣泛使用的不銹(xiu)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Fe-Cr二(er)元(yuan)平衡圖。Fe和(he)Cr的原子(zi)半徑尺(chi)寸相近（表2.1），Cr加入Fe中后可以(yi)(yi)與α-Fe無限互(hu)溶。約(yue)在12％Cr和(he)1000℃時封閉(bi)y區(qu)(qu)(qu)(qu)，以(yi)(yi)后是α＋γ兩相區(qu)(qu)(qu)(qu)，當鉻含量(liang)超(chao)過14％后，將得到α固溶體。需要(yao)指出，γ區(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)α＋y區(qu)(qu)(qu)(qu)邊(bian)(bian)界(jie)的測定(ding)結果與所(suo)用原料的純度(du)有關，早(zao)期(qi)使用的原料不可能很純，所(suo)含碳(tan)及(ji)氮較(jiao)高。圖2.12的y區(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)α＋γ雙相區(qu)(qu)(qu)(qu)邊(bian)(bian)界(jie)數(shu)據來自于文(wen)獻。
由(you)圖(tu)2.27 Fe-Cr-C在700℃時的(de)平衡圖(tu)可(ke)以看出(chu)，隨Cr／C的(de)增加，鋼中先(xian)后(hou)生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是縮(suo)(suo)小(xiao)Fe-C合金γ相(xiang)(xiang)區的(de)元(yuan)素(su)，圖(tu)2.34可(ke)以顯示鉻縮(suo)(suo)小(xiao)y相(xiang)(xiang)區的(de)趨勢，當(dang)鉻含量為20％時，γ相(xiang)(xiang)區縮(suo)(suo)小(xiao)為一點。
碳能(neng)擴(kuo)大Fe-Cr平(ping)衡圖(tu)的(de)γ相(xiang)(xiang)區(qu)，但其溶(rong)解度極限卻隨鉻(ge)含(han)量(liang)(liang)的(de)提高而減少。圖(tu)9.6表明(ming)，在碳含(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％的(de)Fe-Cr-C合金中(zhong)，鉻(ge)含(han)量(liang)(liang)達(da)18％時(shi)高溫(wen)下仍(reng)為(wei)單一的(de)y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)量(liang)(liang)范圍在18％～27％時(shi)，鋼(gang)在高溫(wen)時(shi)的(de)組(zu)織為(wei)a＋y相(xiang)(xiang)；鉻(ge)含(han)量(liang)(liang)高于27％時(shi)，鋼(gang)的(de)組(zu)織將成為(wei)單一的(de)α相(xiang)(xiang)，不可能(neng)產生馬氏體相(xiang)(xiang)變(bian)。碳含(han)量(liang)(liang)為(wei)0.6％和鉻(ge)含(han)量(liang)(liang)為(wei)18％時(shi)，單一的(de)γ相(xiang)(xiang)區(qu)最寬，如果繼續提高碳含(han)量(liang)(liang)，將生成碳化(hua)物相(xiang)(xiang)。
不銹鋼(gang)的(de)鉻含量(liang)(liang)一般在12％以上，在Fe-Cr-C合金(jin)中，馬氏體鋼(gang)鉻含量(liang)(liang)為12％～18％，鐵素(su)體鋼(gang)鉻含量(liang)(liang)為15％～30％，這(zhe)兩類(lei)鋼(gang)的(de)鉻含量(liang)(liang)有重(zhong)復的(de)區域（15％～18％），至于屬于哪一類(lei)，取(qu)決于其碳含量(liang)(liang)。
含鉻(ge)(ge)的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)（y相(xiang)(xiang)）不穩定，只存在于(yu)高溫區(qu)，緩(huan)冷時轉變(bian)為鐵素(su)體(ti)（α相(xiang)(xiang)），急冷時可(ke)以(yi)(yi)轉變(bian)為馬氏(shi)(shi)體(ti)；加入碳(tan)之后(hou)，可(ke)以(yi)(yi)擴大y相(xiang)(xiang)區(qu)；速冷后(hou)，可(ke)以(yi)(yi)獲得部分殘(can)余奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)，但高碳(tan)的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)在冷卻過程中易于(yu)析出碳(tan)化鉻(ge)(ge)而(er)降低(di)基體(ti)中的(de)鉻(ge)(ge)含量，降低(di)了鋼的(de)耐蝕性(xing)。
為(wei)了能(neng)在室溫(wen)獲得穩定(ding)的(de)(de)奧氏體(ti)，可在Fe-C中加入鎳和錳，兩者都是擴大γ相(xiang)區的(de)(de)元素。圖2.5、圖2.7分別(bie)為(wei)Fe-Mn和Fe-Ni的(de)(de)平衡圖，Fe-Mn和Fe-Ni均可生(sheng)成無限互溶的(de)(de)γ相(xiang)區。
圖(tu)9.7為Fe-Cr-Ni三元系在(zai)高(gao)溫的相(xiang)(xiang)圖(tu)，可以看出，由于(yu)鎳的存在(zai)，在(zai)1100℃下，y相(xiang)(xiang)區擴展到較高(gao)的鉻(ge)含量，這種高(gao)溫穩定的γ相(xiang)(xiang)急冷到室(shi)溫，形成(cheng)如圖(tu)9.8所示(shi)的室(shi)溫下的各種亞穩相(xiang)(xiang)及穩定相(xiang)(xiang)。
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(yuan)素對不銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)的影響基本上(shang)可以分為兩大(da)類：一類是(shi)擴(kuo)大(da)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)區(qu)或穩定奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的元(yuan)素，它們(men)是(shi)碳、氮、鎳(nie)、錳、銅(tong)等(deng)；另一類是封閉或縮小奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)區(qu)形成(cheng)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)，它們(men)是鉻(ge)(ge)、硅(gui)、鈦(tai)、鈮、鉬等(deng)。當這兩類作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)同時(shi)存在于(yu)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中時(shi)，不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就(jiu)取決于(yu)它們(men)互相作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)。如形成(cheng)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在鋼(gang)(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就(jiu)是鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)；如穩定(ding)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)在鋼(gang)(gang)(gang)中占優勢(shi)，鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)則(ze)為奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)；如穩定(ding)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)程度還不(bu)(bu)足以使鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉(zhuan)變點（M3）降至室(shi)溫(wen)以下，自高溫(wen)冷卻的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)在高于(yu)室(shi)溫(wen)即(ji)轉(zhuan)變為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，這樣鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)就(jiu)是馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。為了(le)簡(jian)便(bian)起見，可把鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)折合成(cheng)鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，把奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)(su)折合成(cheng)鎳的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，而制成(cheng)鉻(ge)(ge)當量［Cr］。和(he)鎳當量［Ni］eq圖(tu)(tu)，以表明鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)實(shi)際(ji)成(cheng)分和(he)所得(de)到的(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)狀態，見圖(tu)(tu)9.13。該圖(tu)(tu)適用(yong)于(yu)從(cong)高溫(wen)快速(su)冷卻的(de)(de)(de)Cr-Ni系不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)，因(yin)而可以用(yong)來確定(ding)焊縫冷卻后的(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。其中：
圖(tu)9.13雖不能(neng)十分(fen)確切(qie)地(di)確定(ding)不銹鋼中的(de)組(zu)織(zhi)，但(dan)仍可以(yi)幫(bang)助了(le)解穩(wen)定(ding)奧(ao)氏體(ti)元(yuan)素(su)和(he)鐵素(su)體(ti)形(xing)成元(yuan)素(su)對不銹鋼中組(zu)織(zhi)的(de)相對影響，粗略地(di)分(fen)析一些具有復(fu)雜化學(xue)成分(fen)的(de)不銹鋼組(zu)織(zhi)。
圖(tu)9.14是從大量Cr-Ni奧氏體(ti)不(bu)銹鋼的試驗數(shu)據中(zhong)整理(li)得到的，適用于1150℃熱加工(gong)后冷卻狀態的不(bu)銹鋼組(zu)織。該圖(tu)考慮了元素(su)間的交(jiao)互作(zuo)用：
