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(gui)、鋁對不銹鋼組織和(he)性能的(de)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(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織和性能的影響
鎳是擴大奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)，在不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)多(duo)與鉻配合(he)，以獲(huo)(huo)得奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)-鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)雙相組織(zhi)(zhi)(zhi)或(huo)單相奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)具有(you)更好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)和(he)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)形性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)及(ji)焊接性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。鎳能(neng)(neng)(neng)使合(he)金(jin)表(biao)面鈍化，擴大鋼(gang)(gang)(gang)在酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍化范圍，但不能(neng)(neng)(neng)改善其(qi)(qi)對(dui)稀硝酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)提(ti)高不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)抗硫酸(suan)(suan)、鹽(yan)酸(suan)(suan)等腐蝕(shi)(shi)介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，是耐(nai)蝕(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要合(he)金(jin)元素(su)。如果單獨使用(yong)鎳作(zuo)為(wei)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)元素(su)，其(qi)(qi)質(zhi)量分數(shu)要高達24％才能(neng)(neng)(neng)得到全奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)(zhi)，而在低碳鉻不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎上，加入質(zhi)量分數(shu)為(wei)9％的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳，即(ji)可獲(huo)(huo)得耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)好、綜(zong)合(he)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)室溫下穩定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)(zhi)，既能(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)要求(qiu)，又能(neng)(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高溫強度(du)和(he)抗氧(yang)化性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，成(cheng)(cheng)為(wei)一種具有(you)良好綜(zong)合(he)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬和銅對(dui)不銹鋼組織和性能的(de)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。
銅可(ke)(ke)以提高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)(gang)對非氧化(hua)性介質的(de)抗蝕能力，進一步擴大鋼(gang)(gang)(gang)的(de)穩(wen)定性范圍。在鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中加入銅能促使鋼(gang)(gang)(gang)產生(sheng)彌散硬化(hua)組(zu)織，提高(gao)(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)熱強性。與鉬配(pei)合(he)使用，可(ke)(ke)進一步提高(gao)(gao)鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在稀硫酸中的(de)耐蝕性能。列人我(wo)國(guo)國(guo)家標準的(de)牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮(dan)對不(bu)銹鋼組織(zhi)和性(xing)能的影響(xiang)
錳(meng)和(he)氮，它們都是促進奧氏體形成的(de)元素，其中氮比錳(meng)的(de)作用(yong)更為強(qiang)烈。為了節省昂貴的(de)鎳的(de)用(yong)量，可用(yong)它們替代(dai)奧氏體型(xing)不(bu)銹鋼中的(de)一部分(fen)鎳。錳(meng)和(he)氮能大大提高鉻(ge)不(bu)銹鋼在有機(ji)酸中的(de)耐蝕性(xing)。
這類鋼列人我國(guo)國(guo)家標準(zhun)的牌(pai)號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳(meng)含(han)量(liang)過高時，對含(han)鉻量(liang)較低(di)的不銹(xiu)鋼的耐蝕性不利，還(huan)會使鑄鋼件產生氣孔(kong)，同(tong)時增加(jia)材料或(huo)接頭的硬度，給冷加(jia)工帶(dai)來困難(nan)。氮與碳共同(tong)作用能提高奧氏體型鋼的熱(re)強性，氮的強化作用在于(yu)時效過程中形成氮化物和碳氮化物。
氮對(dui)雙相(xiang)(xiang)不銹鋼有重要作用：在焊接(jie)接(jie)頭熱影響(xiang)區快速(su)冷卻時，氮促進了高(gao)(gao)溫下(xia)形成的(de)(de)(de)鐵素體(ti)逆(ni)轉變(bian)為足夠的(de)(de)(de)二次(ci)奧氏(shi)體(ti)以維持必要的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)平衡(heng)(heng)，提高(gao)(gao)了接(jie)頭的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性；氮可(ke)以提高(gao)(gao)富氮奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)耐(nai)孔蝕(shi)能力，與富鉻、鉬的(de)(de)(de)鐵素體(ti)相(xiang)(xiang)取得平衡(heng)(heng)，提高(gao)(gao)了材(cai)料整(zheng)體(ti)的(de)(de)(de)耐(nai)孔蝕(shi)性能；氮能減輕鉻、鎳等元素在兩相(xiang)(xiang)中分布(bu)的(de)(de)(de)差異，降(jiang)低選擇腐蝕(shi)的(de)(de)(de)傾向性。
5. 鈦和鈮對不銹鋼(gang)組織和性能(neng)的影響(xiang)
鈦和鈮，它(ta)們與碳的(de)親和力(li)比(bi)鉻大(da)，能優先形成穩定碳化物，減輕晶間腐蝕傾(qing)向(xiang)。
在(zai)(zai)鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)加入量(liang)大(da)于(yu)碳(tan)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)5倍(bei)，或者鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)加入量(liang)大(da)于(yu)碳(tan)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍(bei)時，可以使(shi)絕(jue)大(da)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)碳(tan)存(cun)在(zai)(zai)于(yu)鈦或鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物(wu)之中(zhong)，因(yin)而使(shi)固溶(rong)(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)降到0.03％以下(xia)，這(zhe)就能(neng)保(bao)證鉻(ge)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶(rong)(rong)濃度。由于(yu)鉻(ge)在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)固溶(rong)(rong)濃度得(de)到保(bao)證、從(cong)而改善鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶間腐蝕能(neng)力。鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)達到0.5％～2.0％，既能(neng)提高奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強性(xing)，又能(neng)提高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持久塑性(xing)。鈮(ni)(ni)在(zai)(zai)含碳(tan)量(liang)較低的(de)(de)(de)(de)奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)會促進近縫(feng)區和焊縫(feng)金屬產(chan)生裂紋(wen)，在(zai)(zai)鉻(ge)鎳奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)鈮(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)分數(shu)應控(kong)制在(zai)(zai)1.0％范圍內。這(zhe)類鋼(gang)(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(tan)對(dui)不銹鋼(gang)組(zu)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(shang)述合(he)金元素(su)對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)的(de)作用不是(shi)(shi)簡單的(de)疊加，也不是(shi)(shi)相互抵消的(de)。它(ta)們相互之間有(you)時(shi)會發生(sheng)新的(de)物(wu)理(li)化(hua)(hua)學(xue)作用，往(wang)往(wang)會引起強化(hua)(hua)力學(xue)性(xing)能(neng)的(de)作用。各種合(he)金元素(su)對(dui)(dui)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)組(zu)織(zhi)結構和性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)見表1-13，亦可參見圖1-1、圖1-2。從表中可以看(kan)出，合(he)金元素(su)對(dui)(dui)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)組(zu)織(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)基本上(shang)分三大類(lei)：第(di)一類(lei)是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)鐵素(su)體的(de)元素(su)，有(you)鉻、硅、鋁、鉬、鈦、鈮(ni)等；第(di)二類(lei)是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)奧氏(shi)體的(de)元素(su)，有(you)碳(tan)、氮(dan)(dan)、鎳、錳、銅，其中碳(tan)和氮(dan)(dan)的(de)作用程度最(zui)大；第(di)三類(lei)是(shi)(shi)形(xing)成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)元素(su)、有(you)鈮(ni)、鈦、碳(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等。加入(ru)銅、鋁、鈦、鈮(ni)、氮(dan)(dan)等元素(su)能(neng)促使(shi)鋼(gang)(gang)產生(sheng)彌散硬化(hua)(hua)，從而提高鋼(gang)(gang)的(de)熱強性(xing)。
表1-13 各(ge)種合金元素對不銹鋼組織結構和性能(neng)的影響
