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(zu)織(zhi)和性能的影響(xiang)
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(gang)組織和(he)性能的影響
鎳(nie)是(shi)(shi)擴大奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)區的(de)(de)元素，在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中多與鉻配合(he)，以(yi)獲(huo)得奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)-鐵素體(ti)雙相組(zu)(zu)織(zhi)或單相奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)，使鋼(gang)具有更(geng)好(hao)(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)良好(hao)(hao)的(de)(de)成形性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)及(ji)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。鎳(nie)能(neng)(neng)(neng)使合(he)金(jin)表面(mian)鈍化，擴大鋼(gang)在酸中的(de)(de)鈍化范(fan)圍(wei)，但不(bu)能(neng)(neng)(neng)改(gai)善其對(dui)稀硝(xiao)酸的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)。它能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)抗硫酸、鹽酸等腐蝕(shi)介質的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，是(shi)(shi)耐蝕(shi)鋼(gang)的(de)(de)主要(yao)合(he)金(jin)元素。如果單獨使用鎳(nie)作(zuo)為不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)合(he)金(jin)元素，其質量分數要(yao)高(gao)達24％才(cai)能(neng)(neng)(neng)得到全奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)，而在低(di)碳鉻不(bu)銹(xiu)鋼(gang)（wcr＞17％）的(de)(de)基礎上，加入質量分數為9％的(de)(de)鎳(nie)，即可獲(huo)得耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)好(hao)(hao)、綜合(he)力(li)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)好(hao)(hao)的(de)(de)室(shi)溫(wen)下穩定(ding)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)，既能(neng)(neng)(neng)滿足鋼(gang)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)要(yao)求(qiu)，又能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)鋼(gang)的(de)(de)高(gao)溫(wen)強度和(he)抗氧化性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，成為一種(zhong)具有良好(hao)(hao)綜合(he)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)。
3. 鉬和銅(tong)對不銹鋼組織和性能的影響
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(tong)可(ke)以提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)對非(fei)氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)(xing)(xing)介(jie)質的(de)(de)(de)抗蝕能力，進一步(bu)擴大鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing)范(fan)圍。在鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)加(jia)入銅(tong)能促使鋼(gang)(gang)(gang)產生彌散(san)硬(ying)化(hua)(hua)組織，提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱強性(xing)(xing)(xing)。與鉬配合(he)使用，可(ke)進一步(bu)提(ti)高(gao)鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)(gang)(gang)在稀(xi)硫酸中(zhong)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)能。列(lie)人(ren)我國國家標(biao)準的(de)(de)(de)牌號(hao)有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。
4. 錳和(he)氮對不銹鋼(gang)組織和(he)性能的影響
錳(meng)和氮(dan)(dan)，它們都是促進奧氏體形成的(de)(de)元素，其中(zhong)氮(dan)(dan)比錳(meng)的(de)(de)作用更為強烈(lie)。為了節(jie)省昂貴的(de)(de)鎳的(de)(de)用量，可用它們替(ti)代奧氏體型不銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)一部分(fen)鎳。錳(meng)和氮(dan)(dan)能大大提高(gao)鉻不銹鋼(gang)在有機(ji)酸中(zhong)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)。
這(zhe)類鋼列人我國(guo)國(guo)家標準的(de)牌(pai)號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含(han)(han)量過高(gao)時(shi)，對含(han)(han)鉻量較低的(de)不銹鋼的(de)耐蝕(shi)性不利，還會使鑄(zhu)鋼件產生氣(qi)孔，同時(shi)增加(jia)材料或(huo)接頭的(de)硬(ying)度(du)，給(gei)冷加(jia)工帶來(lai)困難。氮(dan)與碳(tan)共同作(zuo)用(yong)能提高(gao)奧氏(shi)體型鋼的(de)熱強(qiang)性，氮(dan)的(de)強(qiang)化作(zuo)用(yong)在(zai)于時(shi)效過程中形成氮(dan)化物(wu)(wu)和碳(tan)氮(dan)化物(wu)(wu)。
氮(dan)對雙相(xiang)不銹鋼有重(zhong)要作用：在焊(han)接接頭(tou)熱影響區快速冷卻(que)時，氮(dan)促進了高溫下形成的(de)鐵(tie)素(su)(su)體逆轉變為足夠(gou)的(de)二次奧氏(shi)體以(yi)維持(chi)必要的(de)相(xiang)平衡(heng)，提(ti)高了接頭(tou)的(de)耐(nai)蝕(shi)性；氮(dan)可(ke)以(yi)提(ti)高富氮(dan)奧氏(shi)體相(xiang)的(de)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)能力，與富鉻(ge)、鉬(mu)的(de)鐵(tie)素(su)(su)體相(xiang)取得(de)平衡(heng)，提(ti)高了材料整(zheng)體的(de)耐(nai)孔(kong)蝕(shi)性能；氮(dan)能減輕鉻(ge)、鎳等(deng)元(yuan)素(su)(su)在兩相(xiang)中分(fen)布的(de)差異，降低(di)選擇腐蝕(shi)的(de)傾向性。
5. 鈦和(he)鈮(ni)對(dui)不銹鋼(gang)組織和(he)性(xing)能(neng)的影響
鈦和(he)鈮，它們(men)與碳的親和(he)力比鉻大，能(neng)優先形成(cheng)穩定碳化物，減輕(qing)晶間腐(fu)蝕傾向。
在(zai)(zai)鉻鎳不銹(xiu)鋼(gang)中，當鈦(tai)的加入(ru)量(liang)大(da)于(yu)碳含(han)量(liang)的5倍(bei)，或者(zhe)鈮的加入(ru)量(liang)大(da)于(yu)碳含(han)量(liang)的8倍(bei)時，可以使絕大(da)部(bu)分的碳存在(zai)(zai)于(yu)鈦(tai)或鈮的碳化(hua)物之中，因而使固溶碳的質(zhi)(zhi)量(liang)分數降到0.03％以下(xia)，這就能(neng)(neng)保(bao)證鉻在(zai)(zai)鋼(gang)中的有效固溶濃(nong)度(du)。由(you)于(yu)鉻在(zai)(zai)鋼(gang)中的有效固溶濃(nong)度(du)得(de)到保(bao)證、從而改善(shan)鋼(gang)的抗晶間腐(fu)蝕能(neng)(neng)力。鈮的質(zhi)(zhi)量(liang)分數達到0.5％～2.0％，既(ji)能(neng)(neng)提(ti)高奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)的熱強性，又能(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)的持久塑(su)性。鈮在(zai)(zai)含(han)碳量(liang)較低的奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)中會促進近縫區和(he)焊縫金屬產生裂紋，在(zai)(zai)鉻鎳奧(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)中鈮的質(zhi)(zhi)量(liang)分數應控制(zhi)在(zai)(zai)1.0％范(fan)圍內。這類(lei)鋼(gang)列(lie)入(ru)我國國家標準(zhun)的牌號很多(duo)，如(ru)06Cr18Ni11Ti和(he)06Cr18Nil1Nb等。
6. 碳對不銹鋼組織和性能的影響
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(shang)述合金元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)對(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)不是(shi)簡單的(de)(de)(de)疊加，也(ye)不是(shi)相互抵消的(de)(de)(de)。它們相互之間有(you)時會(hui)(hui)發生新(xin)的(de)(de)(de)物理化學作用(yong)(yong)，往(wang)往(wang)會(hui)(hui)引(yin)起強(qiang)化力學性能(neng)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)。各種合金元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)對(dui)不銹鋼(gang)組織結構和性能(neng)的(de)(de)(de)影響(xiang)見(jian)表(biao)(biao)1-13，亦可(ke)參見(jian)圖1-1、圖1-2。從表(biao)(biao)中(zhong)可(ke)以(yi)看出，合金元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)對(dui)不銹鋼(gang)組織的(de)(de)(de)影響(xiang)基本上(shang)分三(san)大類：第(di)(di)一類是(shi)形成(cheng)鐵素(su)(su)(su)(su)(su)體的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)，有(you)鉻、硅、鋁、鉬、鈦、鈮等(deng)；第(di)(di)二(er)類是(shi)形成(cheng)奧(ao)氏體的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)，有(you)碳、氮、鎳(nie)、錳(meng)、銅(tong)，其中(zhong)碳和氮的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)程度最大；第(di)(di)三(san)類是(shi)形成(cheng)碳化物的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)、有(you)鈮、鈦、碳、鉻、鎢、錳(meng)、鉬等(deng)。加入銅(tong)、鋁、鈦、鈮、氮等(deng)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)能(neng)促使鋼(gang)產生彌散硬化，從而(er)提高鋼(gang)的(de)(de)(de)熱強(qiang)性。
表1-13 各種(zhong)合金元(yuan)素(su)對不(bu)銹鋼組(zu)織(zhi)結構(gou)和性能的影響
