下面介紹不銹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、鋁對不銹鋼組織和性(xing)能(neng)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. 鎳對不(bu)銹鋼(gang)組織和(he)性能的(de)影(ying)響
鎳(nie)是(shi)擴大奧(ao)氏(shi)(shi)體區(qu)的(de)元(yuan)素，在不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中多(duo)與鉻(ge)配合，以獲得(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體-鐵素體雙相(xiang)組織或(huo)單相(xiang)奧(ao)氏(shi)(shi)體組織，使(shi)鋼(gang)(gang)具(ju)有(you)更好(hao)(hao)的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)和良(liang)好(hao)(hao)的(de)成(cheng)形性(xing)能(neng)(neng)及焊接性(xing)能(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)使(shi)合金(jin)表(biao)面鈍(dun)(dun)化，擴大鋼(gang)(gang)在酸(suan)中的(de)鈍(dun)(dun)化范(fan)圍，但不(bu)(bu)能(neng)(neng)改善其對稀(xi)硝酸(suan)的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)。它能(neng)(neng)提高不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)抗硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕(shi)(shi)介質的(de)性(xing)能(neng)(neng)，是(shi)耐蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)的(de)主(zhu)要合金(jin)元(yuan)素。如果單獨使(shi)用(yong)鎳(nie)作為不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)合金(jin)元(yuan)素，其質量分數要高達24％才能(neng)(neng)得(de)到(dao)全奧(ao)氏(shi)(shi)體組織，而(er)在低碳鉻(ge)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)基礎上(shang)，加(jia)入(ru)質量分數為9％的(de)鎳(nie)，即可獲得(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)好(hao)(hao)、綜合力學性(xing)能(neng)(neng)好(hao)(hao)的(de)室溫(wen)下(xia)穩定的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體組織，既能(neng)(neng)滿(man)足鋼(gang)(gang)的(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)要求，又能(neng)(neng)提高鋼(gang)(gang)的(de)高溫(wen)強度(du)和抗氧化性(xing)能(neng)(neng)，成(cheng)為一(yi)種具(ju)有(you)良(liang)好(hao)(hao)綜合性(xing)能(neng)(neng)的(de)鋼(gang)(gang)種。
3. 鉬和銅對不銹鋼(gang)組織(zhi)和性能的影響
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(ke)以提(ti)高鋼(gang)對非(fei)氧化性介質的(de)(de)抗蝕能力，進一步擴大鋼(gang)的(de)(de)穩定性范圍(wei)。在鉻鎳不銹鋼(gang)中(zhong)加(jia)入銅(tong)能促使(shi)(shi)鋼(gang)產(chan)生(sheng)彌散硬化組織(zhi)，提(ti)高鋼(gang)的(de)(de)熱(re)強(qiang)性。與鉬(mu)配合使(shi)(shi)用，可(ke)進一步提(ti)高鉻鎳不銹鋼(gang)在稀硫酸中(zhong)的(de)(de)耐蝕性能。列人我國(guo)國(guo)家標準的(de)(de)牌號有(you)06Cr18Ni12Mo2Cu2和(he)022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮(dan)對不銹鋼組織和性能的影響(xiang)
錳(meng)和氮(dan)，它們都是促進奧氏體(ti)形成(cheng)的元素，其中(zhong)(zhong)氮(dan)比錳(meng)的作用更(geng)為(wei)(wei)強烈。為(wei)(wei)了節省昂貴的鎳的用量(liang)，可(ke)用它們替(ti)代奧氏體(ti)型不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的一部(bu)分鎳。錳(meng)和氮(dan)能大大提(ti)高鉻不銹(xiu)鋼在(zai)有機酸中(zhong)(zhong)的耐(nai)蝕性。
這(zhe)類鋼(gang)列人我(wo)國國家標準的(de)牌(pai)號(hao)有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳(meng)含量(liang)(liang)過高(gao)時，對含鉻(ge)量(liang)(liang)較低的(de)不銹鋼(gang)的(de)耐蝕性(xing)不利，還會使鑄(zhu)鋼(gang)件產生(sheng)氣孔，同時增加材料或(huo)接頭的(de)硬度(du)，給(gei)冷加工帶來(lai)困難。氮(dan)與碳共同作用能提高(gao)奧氏體型鋼(gang)的(de)熱強(qiang)性(xing)，氮(dan)的(de)強(qiang)化作用在(zai)于時效過程中(zhong)形成氮(dan)化物(wu)和碳氮(dan)化物(wu)。
氮(dan)對雙相不銹鋼有重要作(zuo)用：在焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭熱影(ying)響(xiang)區快速冷卻時(shi)，氮(dan)促(cu)進了(le)高(gao)溫下形成的(de)(de)鐵素體逆(ni)轉變為足(zu)夠(gou)的(de)(de)二次奧氏(shi)體以(yi)維持必要的(de)(de)相平(ping)衡，提(ti)高(gao)了(le)接(jie)(jie)頭的(de)(de)耐(nai)蝕性；氮(dan)可以(yi)提(ti)高(gao)富氮(dan)奧氏(shi)體相的(de)(de)耐(nai)孔蝕能力(li)，與富鉻、鉬的(de)(de)鐵素體相取得(de)平(ping)衡，提(ti)高(gao)了(le)材料整體的(de)(de)耐(nai)孔蝕性能；氮(dan)能減(jian)輕(qing)鉻、鎳等元素在兩(liang)相中分布的(de)(de)差(cha)異(yi)，降低選(xuan)擇(ze)腐蝕的(de)(de)傾向(xiang)性。
5. 鈦和鈮對不(bu)銹鋼組(zu)織和性(xing)能的影(ying)響
鈦和鈮(ni)，它們與碳(tan)(tan)的親和力(li)比(bi)鉻大，能優先形成穩定碳(tan)(tan)化物，減(jian)輕(qing)晶間腐蝕傾向。
在(zai)(zai)鉻(ge)鎳(nie)(nie)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)，當鈦(tai)的(de)(de)(de)(de)加入(ru)量(liang)(liang)(liang)大(da)于碳含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)5倍，或(huo)者鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)加入(ru)量(liang)(liang)(liang)大(da)于碳含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍時，可(ke)以(yi)(yi)使絕(jue)大(da)部分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)碳存在(zai)(zai)于鈦(tai)或(huo)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)碳化物之(zhi)中(zhong)，因而使固溶碳的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數降到0.03％以(yi)(yi)下，這(zhe)就(jiu)能保證鉻(ge)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶濃(nong)度(du)。由于鉻(ge)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶濃(nong)度(du)得(de)到保證、從而改(gai)善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間腐(fu)蝕(shi)能力。鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數達到0.5％～2.0％，既能提(ti)高(gao)奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強性，又能提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久(jiu)塑(su)性。鈮(ni)(ni)(ni)在(zai)(zai)含碳量(liang)(liang)(liang)較低(di)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)會促進近縫區和(he)(he)焊縫金屬(shu)產(chan)生裂紋，在(zai)(zai)鉻(ge)鎳(nie)(nie)奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)鈮(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)分(fen)(fen)數應控制在(zai)(zai)1.0％范圍內(nei)。這(zhe)類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)列入(ru)我國國家標準的(de)(de)(de)(de)牌號很多，如06Cr18Ni11Ti和(he)(he)06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對不銹鋼組織(zhi)和(he)性能(neng)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(shu)合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)作用不是(shi)簡單的(de)(de)(de)(de)疊加，也不是(shi)相互抵消的(de)(de)(de)(de)。它們相互之(zhi)間有時會(hui)發生新的(de)(de)(de)(de)物(wu)理化(hua)(hua)學作用，往往會(hui)引起強化(hua)(hua)力學性能的(de)(de)(de)(de)作用。各種合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對不銹鋼(gang)組織結構(gou)和性能的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)見(jian)表1-13，亦可參見(jian)圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中(zhong)(zhong)可以看出，合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素對不銹鋼(gang)組織的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)基本上分三(san)大類(lei)：第一(yi)類(lei)是(shi)形成鐵素體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素，有鉻、硅、鋁、鉬(mu)、鈦、鈮(ni)等；第二類(lei)是(shi)形成奧(ao)氏體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素，有碳(tan)(tan)(tan)、氮、鎳、錳(meng)、銅，其中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)和氮的(de)(de)(de)(de)作用程度最大；第三(san)類(lei)是(shi)形成碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素、有鈮(ni)、鈦、碳(tan)(tan)(tan)、鉻、鎢、錳(meng)、鉬(mu)等。加入銅、鋁、鈦、鈮(ni)、氮等元(yuan)(yuan)(yuan)素能促使鋼(gang)產生彌散(san)硬化(hua)(hua)，從而提高鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強性。
表1-13 各種合金元(yuan)素(su)對不(bu)銹鋼組織(zhi)結(jie)構和性能的(de)影響
