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)、鋁對不銹鋼組織和性能的影響
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. 鎳對不銹鋼組織和性能的影響
鎳(nie)是擴大奧氏(shi)體(ti)區的元(yuan)(yuan)素，在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)多(duo)與鉻配(pei)合(he)，以(yi)獲得奧氏(shi)體(ti)-鐵(tie)素體(ti)雙相組織(zhi)(zhi)或單(dan)相奧氏(shi)體(ti)組織(zhi)(zhi)，使鋼(gang)(gang)(gang)具有更好(hao)的耐(nai)蝕(shi)性和良好(hao)的成(cheng)形性能(neng)(neng)(neng)及焊接(jie)性能(neng)(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)(neng)使合(he)金表面鈍化(hua)(hua)，擴大鋼(gang)(gang)(gang)在酸(suan)中(zhong)的鈍化(hua)(hua)范圍(wei)，但不(bu)(bu)能(neng)(neng)(neng)改(gai)善其對稀(xi)硝酸(suan)的耐(nai)蝕(shi)性。它能(neng)(neng)(neng)提高(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)抗(kang)(kang)硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕(shi)介質的性能(neng)(neng)(neng)，是耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的主要(yao)合(he)金元(yuan)(yuan)素。如果單(dan)獨使用鎳(nie)作為不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的合(he)金元(yuan)(yuan)素，其質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)要(yao)高(gao)達24％才能(neng)(neng)(neng)得到全奧氏(shi)體(ti)組織(zhi)(zhi)，而在低碳(tan)鉻不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（wcr＞17％）的基礎上，加入質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)為9％的鎳(nie)，即可獲得耐(nai)蝕(shi)性好(hao)、綜合(he)力學(xue)性能(neng)(neng)(neng)好(hao)的室溫下穩定的奧氏(shi)體(ti)組織(zhi)(zhi)，既能(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)(gang)(gang)的耐(nai)蝕(shi)性要(yao)求，又(you)能(neng)(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的高(gao)溫強度和抗(kang)(kang)氧化(hua)(hua)性能(neng)(neng)(neng)，成(cheng)為一種具有良好(hao)綜合(he)性能(neng)(neng)(neng)的鋼(gang)(gang)(gang)種。
3. 鉬和(he)銅(tong)對不銹鋼(gang)組(zu)織和(he)性(xing)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(gao)鋼(gang)(gang)(gang)對(dui)非氧化性(xing)介(jie)質(zhi)的(de)(de)抗蝕能力，進一(yi)步(bu)擴大鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)穩定性(xing)范圍。在鉻(ge)(ge)鎳(nie)不銹鋼(gang)(gang)(gang)中加入(ru)銅能促使鋼(gang)(gang)(gang)產生彌散硬化組織，提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)熱強性(xing)。與鉬配(pei)合使用，可(ke)進一(yi)步(bu)提高(gao)鉻(ge)(ge)鎳(nie)不銹鋼(gang)(gang)(gang)在稀(xi)硫酸中的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)能。列(lie)人(ren)我國國家標準的(de)(de)牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和氮對不銹鋼組織和性能的影響
錳(meng)和氮，它(ta)(ta)們都是促進奧氏體(ti)(ti)形成的(de)(de)元素(su)，其中(zhong)氮比(bi)錳(meng)的(de)(de)作用(yong)(yong)更為強烈。為了(le)節省昂(ang)貴(gui)的(de)(de)鎳的(de)(de)用(yong)(yong)量，可用(yong)(yong)它(ta)(ta)們替代奧氏體(ti)(ti)型(xing)不銹鋼中(zhong)的(de)(de)一部分(fen)鎳。錳(meng)和氮能大大提(ti)高鉻不銹鋼在有機(ji)酸中(zhong)的(de)(de)耐(nai)蝕性。
這類鋼(gang)(gang)列人我國國家標準的(de)(de)牌號(hao)有(you)12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當(dang)錳含量過高時，對含鉻量較低的(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕性不利(li)，還會使鑄(zhu)鋼(gang)(gang)件產生氣(qi)孔(kong)，同時增加(jia)材料(liao)或(huo)接頭(tou)的(de)(de)硬度，給冷加(jia)工(gong)帶(dai)來困難。氮(dan)與碳共同作用(yong)能提高奧(ao)氏體型鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱強(qiang)性，氮(dan)的(de)(de)強(qiang)化(hua)作用(yong)在于(yu)時效(xiao)過程(cheng)中(zhong)形成氮(dan)化(hua)物和碳氮(dan)化(hua)物。
氮(dan)對雙相不(bu)銹鋼有重要(yao)作(zuo)用：在(zai)焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)熱影響區快速(su)冷(leng)卻時，氮(dan)促(cu)進了高(gao)溫(wen)下形成的鐵素體(ti)(ti)逆(ni)轉(zhuan)變為足(zu)夠(gou)的二次奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)以維持必要(yao)的相平(ping)衡(heng)，提(ti)高(gao)了接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的耐蝕(shi)(shi)(shi)性；氮(dan)可以提(ti)高(gao)富氮(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相的耐孔蝕(shi)(shi)(shi)能力，與富鉻、鉬的鐵素體(ti)(ti)相取得平(ping)衡(heng)，提(ti)高(gao)了材料整體(ti)(ti)的耐孔蝕(shi)(shi)(shi)性能；氮(dan)能減輕鉻、鎳(nie)等元素在(zai)兩相中分(fen)布(bu)的差異，降低選(xuan)擇腐蝕(shi)(shi)(shi)的傾(qing)向性。
5. 鈦和(he)鈮(ni)對(dui)不銹鋼組織(zhi)和(he)性(xing)能(neng)的影響
鈦和鈮(ni)，它們與碳(tan)的親(qin)和力比鉻大(da)，能優先形成穩定碳(tan)化物，減輕晶間腐蝕傾向。
在鉻(ge)鎳(nie)不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)，當鈦的(de)(de)(de)(de)加入(ru)量(liang)(liang)(liang)大于(yu)碳(tan)含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)5倍，或者鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)加入(ru)量(liang)(liang)(liang)大于(yu)碳(tan)含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)8倍時，可以使絕大部分(fen)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)存在于(yu)鈦或鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物之中(zhong)，因而使固(gu)溶(rong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)降(jiang)到0.03％以下(xia)，這(zhe)就能保證(zheng)鉻(ge)在鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固(gu)溶(rong)濃度。由(you)于(yu)鉻(ge)在鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)效固(gu)溶(rong)濃度得到保證(zheng)、從而改善鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗晶(jing)間腐蝕能力。鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)達到0.5％～2.0％，既能提高(gao)奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱(re)強性，又能提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)持(chi)久塑性。鈮(ni)在含碳(tan)量(liang)(liang)(liang)較低的(de)(de)(de)(de)奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)會促進近縫(feng)(feng)區和(he)焊縫(feng)(feng)金屬產(chan)生裂紋，在鉻(ge)鎳(nie)奧氏體鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)應控制在1.0％范圍內。這(zhe)類鋼(gang)(gang)(gang)列(lie)入(ru)我國國家(jia)標準的(de)(de)(de)(de)牌號很多，如(ru)06Cr18Ni11Ti和(he)06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對不銹鋼組織和性能(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。
上述合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)的(de)(de)作用(yong)不是簡單的(de)(de)疊加，也不是相(xiang)互抵(di)消的(de)(de)。它們相(xiang)互之(zhi)間(jian)有(you)時會(hui)發生新的(de)(de)物(wu)理化(hua)學作用(yong)，往(wang)往(wang)會(hui)引起(qi)強化(hua)力學性能(neng)的(de)(de)作用(yong)。各種合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)對(dui)(dui)不銹鋼(gang)(gang)組(zu)織結構(gou)和性能(neng)的(de)(de)影(ying)響(xiang)見(jian)表1-13，亦可參見(jian)圖1-1、圖1-2。從(cong)表中可以看出，合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)對(dui)(dui)不銹鋼(gang)(gang)組(zu)織的(de)(de)影(ying)響(xiang)基本(ben)上分(fen)三大類：第(di)一(yi)類是形成(cheng)鐵(tie)素(su)體的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)，有(you)鉻、硅、鋁、鉬(mu)、鈦、鈮等(deng)；第(di)二類是形成(cheng)奧氏體的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)，有(you)碳、氮(dan)、鎳、錳、銅，其中碳和氮(dan)的(de)(de)作用(yong)程度最大；第(di)三類是形成(cheng)碳化(hua)物(wu)的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)、有(you)鈮、鈦、碳、鉻、鎢、錳、鉬(mu)等(deng)。加入銅、鋁、鈦、鈮、氮(dan)等(deng)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)能(neng)促使鋼(gang)(gang)產(chan)生彌散硬化(hua)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱強性。
表(biao)1-13 各種合金元素對不銹鋼組織結構和性能的(de)影響
