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(duì)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(jié)構(gòu)，加入鋼中使占α-Fe體心立方晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而是縮小γ區(qū)的元素，使A3上升，A4下降，見(jiàn)圖1-8（b）。在Fe-Cr合金中，Cr含量大于13％時(shí)就不出現(xiàn)高溫γ相區(qū)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(jié)構(gòu)，只有鐵素體單相。鉬、鈦、鈮等加入都縮小γ相區(qū)，使鐵素體含量增加。所以稱鉻、鉬、鈦、鈮等為鐵素體形成元素。


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  鎳、錳、銅等元素本身具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，加入鋼中使A3下降、A4上升，擴(kuò)大γ相區(qū)，并且穩(wěn)定γ-Fe，使高溫面心立方晶格結(jié)構(gòu)的奧氏體能夠穩(wěn)定到室溫，沒(méi)有相變產(chǎn)生。但銅的作用比鎳、錳小得多，鎳、錳在一定溫度范圍內(nèi)可與γ-Fe無(wú)限互溶。



1. Fe-Cr 不銹鋼


  不銹鋼的基本金相組織可用Fe-Cr系列狀態(tài)圖表示，如圖1-8所示。在800～1200℃之間，在所謂的γ環(huán)形圈內(nèi)，是以?shī)W氏體相（y）存在。γ相急劇冷卻時(shí)，則變態(tài)為馬氏體相。在γ環(huán)形圈外側(cè)，從高溫到常溫以穩(wěn)定的鐵素體相（α）存在。馬氏體系列不銹鋼、鐵素體系列不銹鋼就是含有這些金相組織的不銹鋼。所以Fe-Cr系列不銹鋼一般不是馬氏體不銹鋼，就是鐵素體不銹鋼。


  從圖1-8中可以看出，除了在一定濃度、溫度范圍形成。相外，在相當(dāng)大的鉻含量范圍內(nèi)形成α相（鐵素體）。仔細(xì)分析Fe-Cr相圖的左側(cè)部分，在鉻含量小于8％時(shí)，隨鉻量的增多，A4點(diǎn)降低，A3點(diǎn)也降低；鉻含量大于8％時(shí)，隨鉻量的增多，A3點(diǎn)升高，A4點(diǎn)降低，從而在鉻含量小于12.5％的范圍內(nèi)形成封閉的γ圈。這表明，鉻含量大于12.5％的Fe-Cr合金，就不再出現(xiàn)γ相。因而，高鉻不銹鋼，如Cr17、Cr25、Cr28等，都是鐵素體不銹鋼，這些鋼從高溫到室溫都是體心立方（bcc）點(diǎn)陣，即不論加熱和冷卻都不發(fā)生α→γ相變。



2. Fe-Cr-Ni-Mn 不銹鋼


  從冶金觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，奧氏體組織無(wú)論對(duì)鋼廠還是對(duì)加工制造廠都是他們所希望和需要的組織結(jié)構(gòu)。在不銹鋼中，可以使用其他奧氏體形成元素，如錳、氮、銅等來(lái)部分地代替鎳以保持其奧氏體組織。在由于鎳的供應(yīng)短缺的情況下，這種200類型的節(jié)鎳型鋼得到了極大的發(fā)展。這類鋼在卡車、拖車、汽車以及軌道交通等的制造中得到大量應(yīng)用。


  Fe-Cr-Mn三元系中，既有縮小γ相區(qū)的元素Cr，又有擴(kuò)大γ相區(qū)的元素Ni或Mn，在這種情況下，不銹鋼的組織就要由給定成分的合金在Fe-Cr-Mn相圖中的位置來(lái)確定。例如，在Fe-Cr-Mn三元相圖的1000℃等溫截面上（圖1-9）可以看出，Mn擴(kuò)大γ相區(qū)的能力比Ni小，含錳的奧氏體溶解促成鐵素體的元素Cr的量最多只有14％。Cr17Mn13鋼的成分示態(tài)點(diǎn)在γy+αα兩相區(qū)；由于含錳奧氏體有足夠的穩(wěn)定性，在冷至室溫的過(guò)程中不發(fā)生相變，因而得到的是奧氏體加鐵素體的雙相組織。


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


  當(dāng)把兩種選擇的材料的各種性能進(jìn)行比較時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)200系列具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)。200系列合金較高的退火強(qiáng)度對(duì)某些用途是非常重要的，而且在生產(chǎn)和加工中也會(huì)發(fā)現(xiàn)許多優(yōu)點(diǎn)。除此之外，200系列不銹鋼的價(jià)格也比300系列的低。




3. Fe-Cr-Ni 不銹鋼


  Fe-Cr-Ni系列狀態(tài)圖如圖1-9所示。Ni是穩(wěn)定奧氏體相（y）的元素，30％Ni將γ區(qū)擴(kuò)大至500～1450℃區(qū)間內(nèi)。


  Fe-Cr-Ni三元系中，既有縮小γ相區(qū)的元素Cr，又有擴(kuò)大γ相區(qū)的元素Ni或Mn，在這種情況下，不銹鋼的組織就要由給定成分的合金在Fe-Cr-Ni相圖中的位置來(lái)確定。例如，在Fe-Cr-Ni三元相圖的1100℃等溫截面上（圖1-10），Cr18Ni8的成分示態(tài)點(diǎn)在γ相區(qū)，于是，這種成分的鋼快冷至室溫后，即可得到單相奧氏體組織。