下面介紹不(bu)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(ge)、硅(gui)、鋁對不銹鋼(gang)組織和性(xing)能的影響
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)銹鋼組織和(he)性能的影(ying)響
鎳(nie)是(shi)擴大(da)奧氏(shi)體區的(de)(de)(de)元素，在(zai)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)多與鉻配合(he)(he)，以獲得(de)奧氏(shi)體-鐵(tie)素體雙相組(zu)織或單(dan)相奧氏(shi)體組(zu)織，使鋼(gang)具有更好(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)和良好(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)成形(xing)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)及焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。鎳(nie)能(neng)使合(he)(he)金表面鈍化，擴大(da)鋼(gang)在(zai)酸(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)鈍化范圍，但不(bu)能(neng)改善其對稀硝酸(suan)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)。它(ta)能(neng)提高(gao)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)抗硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕(shi)介質的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，是(shi)耐蝕(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)主要合(he)(he)金元素。如果單(dan)獨(du)使用(yong)鎳(nie)作為不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)合(he)(he)金元素，其質量分(fen)數要高(gao)達24％才能(neng)得(de)到全奧氏(shi)體組(zu)織，而在(zai)低碳(tan)鉻不(bu)銹(xiu)鋼(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)(de)基礎上，加入質量分(fen)數為9％的(de)(de)(de)鎳(nie)，即(ji)可(ke)獲得(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)(hao)(hao)(hao)、綜(zong)合(he)(he)力(li)學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)好(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)室溫(wen)下穩定的(de)(de)(de)奧氏(shi)體組(zu)織，既(ji)能(neng)滿足鋼(gang)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)要求(qiu)，又能(neng)提高(gao)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)強度和抗氧化性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，成為一種具有良好(hao)(hao)(hao)(hao)綜(zong)合(he)(he)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)鋼(gang)種。
3. 鉬(mu)和(he)銅對不銹鋼組織和(he)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。
銅可(ke)以提高鋼對非氧化性(xing)介(jie)質的(de)(de)(de)抗(kang)蝕能(neng)力，進一步(bu)擴大鋼的(de)(de)(de)穩定性(xing)范圍。在(zai)鉻(ge)鎳(nie)不(bu)銹(xiu)鋼中加入銅能(neng)促使鋼產生(sheng)彌散硬化組織，提高鋼的(de)(de)(de)熱強(qiang)性(xing)。與(yu)鉬配(pei)合(he)使用，可(ke)進一步(bu)提高鉻(ge)鎳(nie)不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)稀硫酸中的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)能(neng)。列人我國國家標準的(de)(de)(de)牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織和性能的影響
錳和氮，它們都是促(cu)進奧氏(shi)體形成的(de)(de)元(yuan)素，其(qi)中氮比(bi)錳的(de)(de)作用更(geng)為強(qiang)烈。為了節省昂(ang)貴的(de)(de)鎳的(de)(de)用量，可用它們替(ti)代(dai)奧氏(shi)體型不銹鋼(gang)中的(de)(de)一部分鎳。錳和氮能大(da)大(da)提高鉻不銹鋼(gang)在有(you)機酸(suan)中的(de)(de)耐蝕性。
這類鋼(gang)列(lie)人我國國家標準的牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和(he)12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含(han)量過高時(shi)，對含(han)鉻(ge)量較低的不(bu)銹鋼(gang)的耐蝕性(xing)不(bu)利，還會(hui)使鑄鋼(gang)件產生氣孔，同(tong)時(shi)增加(jia)材(cai)料或接頭的硬(ying)度(du)，給冷加(jia)工帶來困難。氮與碳共同(tong)作(zuo)用能提高奧氏體型鋼(gang)的熱(re)強性(xing)，氮的強化(hua)作(zuo)用在于時(shi)效過程中形成氮化(hua)物和(he)碳氮化(hua)物。
氮(dan)對(dui)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼有重要作用：在焊接接頭(tou)熱影響區快速冷卻時，氮(dan)促進了(le)高(gao)溫下形(xing)成的(de)鐵素(su)體(ti)逆轉變(bian)為足夠(gou)的(de)二次奧氏體(ti)以維持必要的(de)相(xiang)平衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)接頭(tou)的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)；氮(dan)可以提(ti)高(gao)富氮(dan)奧氏體(ti)相(xiang)的(de)耐(nai)孔蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力，與富鉻、鉬的(de)鐵素(su)體(ti)相(xiang)取得平衡(heng)，提(ti)高(gao)了(le)材(cai)料整體(ti)的(de)耐(nai)孔蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)；氮(dan)能(neng)(neng)減輕鉻、鎳等元素(su)在兩相(xiang)中分布的(de)差異，降低選擇(ze)腐蝕(shi)(shi)的(de)傾向性(xing)。
5. 鈦和(he)鈮對不銹鋼組(zu)織和(he)性能(neng)的影響(xiang)
鈦(tai)和鈮(ni)，它們與碳的(de)親和力(li)比鉻大，能優先形成穩定碳化物，減(jian)輕(qing)晶間(jian)腐蝕傾向。
在(zai)鉻(ge)(ge)鎳不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加入量(liang)(liang)大(da)于(yu)碳(tan)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)5倍(bei)，或(huo)者鈮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加入量(liang)(liang)大(da)于(yu)碳(tan)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)8倍(bei)時，可(ke)以使絕大(da)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)存在(zai)于(yu)鈦或(huo)鈮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物之中(zhong)(zhong)，因而使固溶(rong)(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分數降(jiang)到(dao)0.03％以下，這就能(neng)保證鉻(ge)(ge)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效固溶(rong)(rong)濃度。由于(yu)鉻(ge)(ge)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效固溶(rong)(rong)濃度得到(dao)保證、從而改善鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗晶間腐(fu)蝕能(neng)力。鈮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分數達到(dao)0.5％～2.0％，既能(neng)提(ti)高(gao)奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱強性(xing)，又能(neng)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)持(chi)久塑性(xing)。鈮在(zai)含(han)碳(tan)量(liang)(liang)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)會促(cu)進近縫區和焊縫金(jin)屬(shu)產生裂(lie)紋(wen)，在(zai)鉻(ge)(ge)鎳奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)鈮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分數應控制在(zai)1.0％范圍內。這類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)列(lie)入我國國家標準的(de)(de)(de)(de)(de)(de)牌號很多，如06Cr18Ni11Ti和06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對(dui)不銹鋼(gang)組(zu)織和性能的影響(xiang)
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)述合金(jin)元素(su)對(dui)(dui)鋼的(de)(de)作(zuo)用不(bu)是(shi)簡單的(de)(de)疊加，也不(bu)是(shi)相互(hu)抵消(xiao)的(de)(de)。它們相互(hu)之間有時會發生新(xin)的(de)(de)物理化(hua)學作(zuo)用，往(wang)往(wang)會引起強化(hua)力學性(xing)能的(de)(de)作(zuo)用。各種(zhong)合金(jin)元素(su)對(dui)(dui)不(bu)銹鋼組(zu)織(zhi)結(jie)構(gou)和(he)性(xing)能的(de)(de)影(ying)響(xiang)見表1-13，亦(yi)可(ke)參見圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中可(ke)以看出，合金(jin)元素(su)對(dui)(dui)不(bu)銹鋼組(zu)織(zhi)的(de)(de)影(ying)響(xiang)基本上(shang)分三大類(lei)：第(di)一(yi)類(lei)是(shi)形(xing)成鐵(tie)素(su)體的(de)(de)元素(su)，有鉻、硅(gui)、鋁、鉬、鈦、鈮等；第(di)二類(lei)是(shi)形(xing)成奧氏體的(de)(de)元素(su)，有碳(tan)、氮(dan)(dan)(dan)、鎳、錳、銅，其中碳(tan)和(he)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)作(zuo)用程度最大；第(di)三類(lei)是(shi)形(xing)成碳(tan)化(hua)物的(de)(de)元素(su)、有鈮、鈦、碳(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等。加入銅、鋁、鈦、鈮、氮(dan)(dan)(dan)等元素(su)能促使鋼產(chan)生彌散硬化(hua)，從而提高鋼的(de)(de)熱強性(xing)。
表1-13 各種合金元素對不(bu)銹鋼組織結構和性(xing)能(neng)的(de)影響
