今朝已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁充溢中可以碰着的化学元素约二十多种。对于人们在与侵蚀现象作持久斗争的实践而形成的不锈钢这一非凡 钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的根基元素铁以外，对不锈钢的机能与组织影响最年夜的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、 铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。

现实上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢章矣闽统一体中时，它们的影响要比零丁存在时复杂得多，因为在这种情形下不仅要考虑各元素自身的浸染，而且要注重它们互相之间的影响，是以不锈钢的组织抉择于各类元素影响的总和。
1．各类元素对不锈钢的机能和组织的影响和浸染


抉择不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有必然数目的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为抉择不锈钢机能的首要元素，根 本的原因是向钢中添加铬作为合金元素往后，促使其内部的矛盾行为向有利于抵当侵蚀破损的方面成长。这种转变可以年夜以下方面获得声名：
①铬使铁基固溶体的电极即位提高
②铬领受铁的电子使铁钝化

钝化是因为阳极纺暌钩被阻止而引起金属与合金耐侵蚀机能被提高的现象。组成金属与合金钝化的理论良多，首要有薄膜论、吸附论及电子枚举论。

稀土元素　稀土元素应用于不锈钢，今朝主 要在于改善工艺机能方面。如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素，可以消弭钢锭中因氢气引起的气泡和削减钢坯中的裂纹。奥氏体和奥 氏体－铁素体不锈钢中加0．02～0．5％的稀土元素（铈镧合金），可显著改善锻造机能。曾有一种含19．5%铬、23％镍以及钼铜锰的奥氏体钢，因为热 加工工艺机能在曩昔只能出产铸件，加稀土元素后则可轧制成各类型材。

1-2. 碳在不锈钢中的两重性

碳是工业用钢的首要元素之一，钢的机能与组织在很年夜水平上抉择于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响 首要默示在两方面，一方面碳是不变奥氏体的元素，而且浸染的水平很年夜（约为镍的30倍），另一方面因为碳和铬的亲和力很年夜，与铬形成—系列复杂的碳化物。 所以，年夜强度与耐腐烛机能两方面来看，碳在不锈钢中的浸染是互相矛盾的。

例如工业中应用最普遍的，也是最起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的尺度含铬量划定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的身分考 虑进去往后才抉择的，目的即在于使碳与铬连系成碳化铬往后，固溶体中的含铬量不致低于11.7％这一最低限度的含铬量。

就这五个 钢号来说因为含碳量分歧，强度与耐侵蚀机能也是有区此外，0Cr13～2Crl3钢的耐侵蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零 件，后两个钢号因为含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了战胜18－8铬镍不锈钢的晶间侵蚀，可以将钢的含碳 量降至0.03％以下，或者插手比铬和碳亲和力更年夜的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为首要要求时，我们可以在增添钢的含碳量 的同时恰当地提高含铬量，做到既知足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐侵蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo 钢，含碳量虽高达0.85～0.95％，因为它们的含铬量也响应地提高了，所以仍保证了耐侵蚀的要求。

总的来讲，今朝工业中获得 应用的不锈钢的含碳量都是斗劲低的，年夜年夜都不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量年夜于0.4％的不锈钢仅 占钢号总数的一小部门，这是因为在年夜年夜都使用前提下，不锈钢老是以耐侵蚀为首要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形 等。
1-3. 镍在不锈钢中的浸染是在与铬配合后才阐扬出来的

镍是优良的耐侵蚀材料，也是合金钢的主要合 金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐侵蚀机能显著改 变。所以镍不能零丁组成不锈钢。可是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有良多可贵的机能。
这类钢在正常淬火温度下处在y相区，但它们的y相仅在高温时不变，M点一般在3OO℃摆布，故冷却时改变为马氏体。

基于膳缦沔的情形可知，镍作为合金元素在不锈钢中的浸染，在于它使高铬钢的组织发生转变，年夜而使不锈钢的耐侵蚀机能及工艺机能获得某些改善。

1-4. 锰和氮可以庖代铬镍不锈钢中镍

铬镍奥氏体钢的利益虽然良多，但近几十年出处于镍基耐热合金与含镍20％以下的热强钢的年夜量成长与应用，以及化学工业日益成长对不锈钢的需要量越来越 年夜，而镍的矿藏量较少且又集平分布在少数地域，是以在世界规模内呈现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与良多其他合金规模（如年夜型铸锻件用钢、工具 钢、热强钢等）中，出格是镍 的资本斗劲缺乏的国家，普遍地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与出产实践，在这方面研究和应用斗劲多的是以锰和氮来庖代不锈钢与耐热钢中的镍。


锰对于奥氏体的浸染与镍相似。但说得切当一些，锰的浸染不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增添奥氏体的不变性，按捺奥氏体的 分化，使高温下形成的奥氏体得以连结到常温。在提高钢的耐侵蚀机能方面，锰的浸染不年夜，如钢中的 含锰量年夜0到10．4%转变，也不使钢在空气与酸中的耐侵蚀机能发生较着的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极即位的浸染不年夜，形成的氧化膜的防护作 用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。 锰在钢中不变奥氏体的浸染约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的浸染也是不变奥氏体，而且浸染的水平比镍还要年夜。例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥 氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，今朝已在工业中获得应用，有的已成功地庖代了经典的18-8铬镍不锈钢。

1-5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间侵蚀。


熟悉了这一影响的纪律，我们就可以年夜分歧的使用要求出发，选择分歧含碳量的不锈钢。


1-7.其他元素对不锈钢的机能和组织的影响

以上首要的九种元素对不锈钢的机能和组织的影响，除这些元素对不锈钢机能与组织影响较年夜的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一般钢一样 为常存杂质元素，如硅、硫、磷等．也有的是为了某些特定的目的而插手的，如钴、硼、硒、稀土元素等。年夜不锈钢的耐侵蚀机能这一首要性质来说，这些元素相对 于已谈判的九种元素，都长短首要方面的，虽然如斯，但也不能完全忽略，因为它们对不锈钢的机能与组织同样也发生影响。

硅　是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。

钴　作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价钱高及其在其它方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更主要的用途。在一般 不锈钢中加钴作合金元素的也不多，常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含1.2-1.8％钴）加钴，目的并不在于提高耐侵蚀机能而在于提高硬度，因为这 种不锈钢的首要用途是制造切片机械刃具、铰剪及手术刀片等。

硼　高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加0．005％硼，可使 在沸腾的65％醋酸中的耐侵蚀机能提高。加微量的硼（0.0006～0.0007％）可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼因为形成低熔点共晶体，使 奥氏体钢焊接时发生热裂纹的倾向增年夜，但含有较多的硼（0．5～0．6％）时，反而可防止热裂纹的发生。因为当含有0．5～0．6％的硼时，形成奥氏体－ 硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半熔解区时，母材在冷却时发生的张应力，由处于液态．固态的焊缝金属承受，此时是不致引起裂痕的， 即使在近缝区形成了裂纹，也可觉得处于液态－固态的熔池金属所填充。含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着非凡的用途。

磷　 在一般不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的风险性不像在一般钢中那样显著，故含量可许可高一些，若有的资料提出可达0．06％，以利于冶炼控 制。个此外含锰的奥氏体钢的含磷量可达0．06％（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni钢）。操作磷对钢的强化浸染，也有 加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素，PH17－10P钢(含0．25％磷)乃PH－HNM钢（含0．30磷）等。

硫和硒　在一般 不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0．2～0．4％的硫，可提高不锈钢的切削机能，硒也具有同样的浸染。硫和硒提高不锈钢的切削机能，是因为它们 降低不锈钢的韧性，例如一般18－8铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。含0．31％硫的18－8钢（0．084％C、18．15％Cr、9． 25％Ni）的冲击值为1．8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8钢（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的冲击值为3．24公斤/平方厘 米。硫与硒均降低不锈钢的耐侵蚀机能，所以现实应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。
1-6.温顺铜可以提高某些不锈钢的耐侵蚀机能。




2．按金相组织对不锈钢的分类及各类不锈钢的一般特点

按化学成分（主若是含铬量）及用途，不锈钢分为不锈与耐酸两年夜类。工业上还按自高温（900-1100度）加热空气冷却后钢的基体组织的类型对不锈钢进行分类，这是基于我们膳缦沔所谈判的碳及合金元素对不锈钢组织影响的特点抉择的。

工业上应用的不锈钢按金相组织可分为三年夜类：铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢。可以把这三类不锈钢的特点归纳(如下表)，但需要声名的是马氏 体不锈钢并不是都不成焊接，只是受某些前提的限制，如焊前应预热焊后应作高温回火等，而使焊接工艺斗劲复杂。现实出产一一些马氏体不锈钢如 1Cr13,2Cr13以及2Cr13与45钢焊接仍是斗劲多的。

不锈钢的分类、首要成分及机能斗劲

以上分类仅是按钢的基体组织分的，因为钢中不变奥氏体及形成铁素体的元素的浸染不能互相平衡，以及因为年夜量 的铬使平衡图S点左移，工业中应用的不锈钢的组织除了膳缦沔讲的三种根基类型以外，还有马氏体—铁素体，奥氏体－铁素体，奥氏体－马氏体等过渡型的复相不锈 钢，以及具有马氏体－碳化物组织的不锈钢。

2-1.铁素体钢
1-1.铬在不锈钢中的抉择浸染


含铬年夜于14％的低碳铬不锈钢，含铬年夜干27％的 任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基本上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁 素。这类钢在淬火（固溶）状况下的组织为铁素体，退火实时效状况的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。

属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐侵蚀机能与抗氧化机能均斗劲好，但机械机能与工艺机能较差，多用于受力不年夜的耐酸结构及作抗氧化钢使用。


2-2.铁素休－马氏体钢
这类钢在高温时为y+a（或δ）两相状况，快冷时发生y-M改变，铁素体仍被保留，常温组织为马氏体和铁素体,因为成分及加热温度的分歧，组织中的铁素 体量可在百分之几至几十典型围内转变。0Crl3钢，lCrl3钢，铬偏上限而碳偏下限的2Cr13钢，Cr17Ni2钢，Cr17wn4钢，以及在 ICrl3钢基本上成长起来的良多改型12％铬热强钢（这类钢也叫做耐热不锈钢）中的良多钢号，如Cr11MoV，Cr12WMoV， Crl2W4MoV，18Crl2WMoVNb等均属干这一类。

铁素体—马氏体钢可以部门地接管淬火强化，故可获得较高的机械性 能。但它们的机械机能与工艺机能在很年夜水平上受组织中铁素体的含量及分布形态的影响。这类钢按成分中的含铬量分属12～14Ｄ暌闺15～18％两个系列。前 者具有抵昔时夜气及弱侵蚀性介质的能力，而且具有精采的减震性及较小的线膨胀系数；后者的耐侵蚀机能与不异含铬量的铁素体耐酸钢相当，但在必然水平上也保留 着高铬铁素体钢的某些错误谬误。


2-3.马氏体钢


这类钢搜罗2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部门改型12％铬热强钢，如13Cr14NiWVBA，Cr11Ni2MoWVB钢等。马氏体 不锈钢的机械机能、耐侵蚀机能、工艺机能与物理机能，均和含铬12～14％的铁素体-马氏体不锈钢四周。因为组织中没有游离的铁素体，机械机能比上述钢要 高，但热措置时的过热敏感性较低。
2-4.马氏体—碳化物钢

Fe－C合金的并析点的含碳为0.83％，在不锈 钢中因为铬使S点左移，含12％铬和年夜于0.4％碳的钢（图11-3），以及含18％铬和年夜于0.3％碳的钢（图卜）3）均属于过共析钢。这类钢在正常淬 火温度加热，次生碳化物不能完全溶于奥氏体，是以淬火后的组织为马氏体和碳化物组成。


属于这一类的不锈钢商标不多，却是 一些含碳斗劲高的不锈钢，如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo钢等，含碳量偏上限的3Crl3钢在较低的温度下淬火，也可能呈现这样的组织。因为含碳量高,上述9Cr18等三个钢号中虽含有较 多的铬，但其耐侵蚀机能仅与含12～14％锗的不锈钢相当。这类钢的首要用途是要求高硬及耐磨的零件，如切削工具、轴承、弹簧及医疗器械等。

2-5.奥氏体钢
这类钢含有较多扩年夜y区和不变奥氏体的元素，在高温时为均为y相，冷却时因为Ms点在室温以下，所以在常温下具有奥氏体组织。 18-8， 18－12、25-20、20-25Mo等铬镍不锈钢，以锰庖代部门镍并加氮的低镍不锈钢如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9, Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti钢等均属于这一类。


奥氏体不锈钢具有前已述及的良多利益，虽然机械机能也斗劲低，和铁素体不锈钢—样不能热措置强化，但可以经由过程冷加工变形的体例，操作加工硬化浸染提高它们的强度。 这类钢的错误谬误是对晶间侵蚀及应力侵蚀斗劲敏感，需经由过程恰当地合金添加剂及工艺法子消弭。


２-6.奥氏体－铁素体钢

这类钢因扩年夜y区和不变奥氏体元素的浸染水平，不足以使钢在常温或很高的温度下具有纯奥氏体组织，是以为奥氏体－铁素体复相状况，其铁素体量也因成分及加热温度分歧而可在较年夜典型围内转变。



属于这一类的不锈钢良多，如低碳的18－8铬镍钢，加钛、铌、钼的18－8铬镍钢，出格是在铸钢的组织中均可见到铁素体，此外含铬年夜于14～15％而碳 低于0．2％的铬锰不锈钢（如Cr17Mnll），以及今朝研究的和已获得应用的年夜年夜都铬锰氮不锈钢等。与纯奥氏体不锈钢斗劲，这类钢的利益良多，如屈就 强度较高，抗晶间侵蚀的能力较高，应力侵蚀的敏感性低，焊接时发生热裂纹的倾向小，锻造流动性好等等。错误谬误是压力加工机能较差，点侵蚀倾向较年夜，易发生c 相脆性，在强磁场浸染下默示出弱磁性等。所有这些利益和错误谬误均来历于组织中的铁素体。

2-7.奥氏钵－马氏体钢

这类钢的Ms点低于室温，固溶措置往后为奥氏体组织，易于成形和焊接。凡是可用两种工艺体例使之发生马氏体改变。一是固溶措置往后经700～800度加 热，奥氏体因析出碳化铬而改变为介不变状况，Ms点升高至室温以上，冷却时改变为马氏体；二是固溶措置往后直接冷却至Ms与Mf点之间，使奥氏体改变为马 氏体。后一体例可获得较高的耐侵蚀机能，但固溶措置往后至深冷的距离时刻不宜过久，否则会因奥氏体的陈化不变浸染而使深冷的强化效应降低。经上述措置往后 钢再经400～500度时效，使析出金属间化合物进—步强化。这类钢的典型钢号有17Cr一7Ni一A1、15Cr－9Ni－A1,17Cr—5Ni－ Mo、15Cr-8Ni－Mo一A1等等。这类钢也称为奥氏体－马氏体时效不锈钢，并因为现实上这些钢的组织中除奥氏体和马氏体以外，还存在分歧数目的铁 素体，故也称为半奥氏体沉淀硬化不锈钢。


这类钢是50年月后期成长和应用的新型不锈钢，它们总的特点是强度高（C可达 100一150）及热强性好，但因为含铬量较低并在热措置时有碳化铬析出，是以耐侵蚀机能比尺度的奥氏体不锈钢要低一些。也可以嗣魅这类钢的高强度是在牺牲 一部门耐侵蚀机能与其他机能（如非磁性）的情形下获得的，今朝这类钢首要用于航空工业及火箭导弹出产方面，一般机械制造中应用尚不普遍，而且在分类上也有 把它们纳为超高强度钢的一个系列。