各種不銹鋼中包含有Cr、Ni、Mn、Mo、Cu、Si、C、N、Nb等合金元素，它們對鋼的組織有不同的影響，Cr、Mo、Ti、Nb本身具有體心立方（bcc）晶格結構，加入鋼中使占α-Fe體心立方晶格結構穩定，因而是縮小γ區的元素，使A3上升，A4下降，見圖1-8（b）。在Fe-Cr合金中，Cr含量大于13％時就不出現高溫γ相區了。高鉻不銹鋼如Cr17，Cr25是屬于鐵素體不銹鋼，從高溫到室溫具有體心立方晶格結構，只有鐵素體單相。鉬、鈦、鈮等加入都縮小γ相區，使鐵素體含量增加。所以稱鉻、鉬、鈦、鈮等為鐵素體形成元素。


8.jpg


  鎳(nie)、錳(meng)、銅等元素(su)本身具有面(mian)心(xin)立方晶(jing)格結(jie)構，加入鋼中使A3下降、A4上升，擴大γ相(xiang)區，并且(qie)穩定(ding)(ding)(ding)γ-Fe，使高溫(wen)(wen)面(mian)心(xin)立方晶(jing)格結(jie)構的奧氏(shi)體能夠(gou)穩定(ding)(ding)(ding)到室溫(wen)(wen)，沒有相(xiang)變產生。但銅的作用比鎳(nie)、錳(meng)小(xiao)得多，鎳(nie)、錳(meng)在一定(ding)(ding)(ding)溫(wen)(wen)度范圍內(nei)可與(yu)γ-Fe無限互(hu)溶。



1. Fe-Cr 不(bu)銹鋼


  不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的基(ji)本(ben)金相(xiang)組(zu)織(zhi)可用Fe-Cr系(xi)(xi)列(lie)狀態(tai)圖(tu)表(biao)示，如圖(tu)1-8所(suo)示。在800～1200℃之間，在所(suo)謂的γ環(huan)形圈內，是(shi)以(yi)(yi)奧氏(shi)體相(xiang)（y）存在。γ相(xiang)急劇(ju)冷卻時，則(ze)變態(tai)為(wei)馬氏(shi)體相(xiang)。在γ環(huan)形圈外側，從高溫到常溫以(yi)(yi)穩定的鐵(tie)素體相(xiang)（α）存在。馬氏(shi)體系(xi)(xi)列(lie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)、鐵(tie)素體系(xi)(xi)列(lie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)就是(shi)含有這些金相(xiang)組(zu)織(zhi)的不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)。所(suo)以(yi)(yi)Fe-Cr系(xi)(xi)列(lie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)一般不(bu)(bu)(bu)(bu)是(shi)馬氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)，就是(shi)鐵(tie)素體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)。


  從圖(tu)1-8中可以看(kan)出，除(chu)了(le)在一定濃(nong)度、溫(wen)度范圍形成(cheng)。相(xiang)(xiang)外(wai)，在相(xiang)(xiang)當大(da)的(de)(de)鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)范圍內(nei)形成(cheng)α相(xiang)(xiang)（鐵素(su)體(ti)）。仔細分析Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖(tu)的(de)(de)左側部分，在鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)小于8％時，隨鉻(ge)(ge)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)增多(duo)，A4點(dian)降(jiang)低(di)，A3點(dian)也降(jiang)低(di)；鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)大(da)于8％時，隨鉻(ge)(ge)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)增多(duo)，A3點(dian)升高，A4點(dian)降(jiang)低(di)，從而(er)在鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)小于12.5％的(de)(de)范圍內(nei)形成(cheng)封閉的(de)(de)γ圈。這表明，鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)(liang)大(da)于12.5％的(de)(de)Fe-Cr合金，就不再出現γ相(xiang)(xiang)。因而(er)，高鉻(ge)(ge)不銹鋼，如(ru)Cr17、Cr25、Cr28等，都(dou)(dou)是鐵素(su)體(ti)不銹鋼，這些(xie)鋼從高溫(wen)到室(shi)溫(wen)都(dou)(dou)是體(ti)心(xin)立方(fang)（bcc）點(dian)陣，即不論加(jia)熱(re)和冷卻都(dou)(dou)不發生α→γ相(xiang)(xiang)變。



2. Fe-Cr-Ni-Mn 不(bu)銹鋼(gang)


  從冶金觀點來說，奧氏體組(zu)織無論對(dui)鋼廠(chang)還是對(dui)加工制造廠(chang)都是他(ta)們所希望和需(xu)要的(de)組(zu)織結(jie)構(gou)。在不銹鋼中(zhong)，可以使(shi)用其他(ta)奧氏體形成元素，如錳(meng)、氮、銅等來部分(fen)地代替鎳(nie)以保持其奧氏體組(zu)織。在由于鎳(nie)的(de)供應短(duan)缺的(de)情況(kuang)下，這(zhe)種200類型(xing)的(de)節(jie)鎳(nie)型(xing)鋼得到了(le)極大的(de)發展。這(zhe)類鋼在卡車(che)、拖(tuo)車(che)、汽車(che)以及軌道交通等的(de)制造中(zhong)得到大量應用。


  Fe-Cr-Mn三元系中(zhong)，既(ji)有(you)縮(suo)小γ相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)元素(su)(su)Cr，又有(you)擴大γ相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)元素(su)(su)Ni或Mn，在(zai)(zai)這種情況下(xia)，不銹鋼(gang)的(de)組織(zhi)就要由(you)給定(ding)成分(fen)的(de)合金在(zai)(zai)Fe-Cr-Mn相(xiang)(xiang)圖中(zhong)的(de)位置來確定(ding)。例如，在(zai)(zai)Fe-Cr-Mn三元相(xiang)(xiang)圖的(de)1000℃等溫(wen)(wen)截面上（圖1-9）可以(yi)看出，Mn擴大γ相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)能力(li)比(bi)Ni小，含(han)錳的(de)奧氏體(ti)溶解促成鐵(tie)素(su)(su)體(ti)的(de)元素(su)(su)Cr的(de)量最多只(zhi)有(you)14％。Cr17Mn13鋼(gang)的(de)成分(fen)示態點在(zai)(zai)γy+αα兩相(xiang)(xiang)區(qu)；由(you)于含(han)錳奧氏體(ti)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)穩定(ding)性，在(zai)(zai)冷(leng)至(zhi)室溫(wen)(wen)的(de)過程中(zhong)不發生相(xiang)(xiang)變，因而得到的(de)是奧氏體(ti)加鐵(tie)素(su)(su)體(ti)的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)組織(zhi)。


9.jpg


  在1955年，12Cr17Mn6Ni5N（201）型不銹鋼被AISI接納為標準成分。12Cr18Mn9Ni5N（202）型也被采用。


  當把兩種選擇的材(cai)料的各種性能進行比(bi)較時，就(jiu)會(hui)發現200系列(lie)具有一些明(ming)顯(xian)的優點。200系列(lie)合金較高(gao)的退火(huo)強度對某(mou)些用(yong)途(tu)是非常重(zhong)要的，而(er)且在生(sheng)產和加工中也(ye)會(hui)發現許多優點。除此之外，200系列(lie)不銹鋼的價(jia)格也(ye)比(bi)300系列(lie)的低。




3. Fe-Cr-Ni 不銹鋼


  Fe-Cr-Ni系列(lie)狀態圖(tu)如圖(tu)1-9所示。Ni是穩定奧氏體相（y）的元素，30％Ni將(jiang)γ區(qu)擴(kuo)大至500～1450℃區(qu)間(jian)內。


  Fe-Cr-Ni三(san)元(yuan)系中，既有(you)縮小γ相(xiang)區(qu)(qu)的(de)元(yuan)素Cr，又有(you)擴大γ相(xiang)區(qu)(qu)的(de)元(yuan)素Ni或(huo)Mn，在(zai)這種情況下，不銹(xiu)鋼的(de)組織(zhi)就要由給定(ding)成(cheng)分(fen)的(de)合(he)金在(zai)Fe-Cr-Ni相(xiang)圖(tu)中的(de)位置來確定(ding)。例如，在(zai)Fe-Cr-Ni三(san)元(yuan)相(xiang)圖(tu)的(de)1100℃等溫截面上（圖(tu)1-10），Cr18Ni8的(de)成(cheng)分(fen)示態點在(zai)γ相(xiang)區(qu)(qu)，于是(shi)，這種成(cheng)分(fen)的(de)鋼快冷至室溫后，即可得到單相(xiang)奧氏體組織(zhi)。