4[1].1.1、不锈钢的概念

4.1.1、不锈钢的概念

目前不锈钢的定义为：含铬量为10.5%以上的铁基合金称为不锈钢。不锈钢最基本的特性是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中有耐蚀性。

这一特性与钢中的铬含量有直接关系，随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时钢的这一特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀，见图4-1和图4-2。而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%，更高的铬含量已没有必要。

图4-1不锈钢在大气环境下的耐锈性

4.1.1、不锈钢的概念

目前不锈钢的定义为：含铬量为10.5%以上的铁基合金称为不锈钢。不锈钢最基本的特性是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中有耐蚀性。

这一特性与钢中的铬含量有直接关系，随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时钢的这一特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀，见图4-1和图4-2。而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%，更高的铬含量已没有必要。

图4-1不锈钢在大气环境下的耐锈性

图4-2钢中铬含量对耐蚀性的影响

不锈钢的涵义和分类

（1）涵义

不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。

不锈钢与耐酸钢在合金化程度上有较大差异。不锈钢虽然具有不锈性，但并不一定耐酸；而耐酸钢一般则均具有不锈性。

（2）分类

不锈钢钢种很多，性能又各异，常见的分类方法有：

①按钢的组织结构分类，如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。

②按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类，如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。

③按钢的性能特点和用途来分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。

④按钢的功能特点分类，如低温不锈钢，无磁不锈钢，易切削不锈钢，超塑性不锈钢等。

目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成份特点以及两者相结合的方法来分类。例如，把目前的不锈钢分为：马氏体钢，铁素体钢，奥氏体钢，双相钢和沉淀硬化型钢等五大类，或分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。本书为了叙述方便并避免重复，则采用按化学成分与组织结构特点相结合的分类方法，即马氏体不锈钢（包括马氏体Cr不锈钢和马氏体Cr-Ni不锈钢），铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢（包括Cr-Ni和Cr-Mn-Ni（-N）奥氏体不锈钢），α+γ双相不锈钢及超级不锈钢。

4.1.2、不锈钢的发展

1.1、国外不锈钢发展简史

不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年—1906年和波特万（A.M.Portevin）于1909—1911年在法国；吉森（W.Giesen）于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr 和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。工业用不锈钢的发明者有：布里尔利（H.Brearly）1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07% —0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr-18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢（相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI 321）。几乎与此同时，在法国的Unieux实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了，且一直延续到现在。当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C≤0.03%）奥氏体不锈钢；60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用

Mo,Cu,Si,N,Mn,Nb,Ti等元素合金化或进一步降低钢中的C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈钢00Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3CuN等；为提高低碳、超低碳Cr-Ni

奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢；为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，

00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN；为耐发烟硝酸以及耐浓硫酸（93%—98%）而发展的高硅（Si—6%）不锈钢。此外还有一些专用不锈钢问世，例如核能级，硝酸级、尿素级、食品级不锈钢等等。据统计，世界范围内已纳入各种标准（包括厂标）的牌号已有百余种，而未纳标的非标准牌号就更多了。尽管如此，目前各工业先进国家大量生产和广泛应用的不锈钢牌号，仅限于马氏体、铁素体和奥氏体类的近十几个牌号。

图4-3不同Cr含量的钢在稀硝酸（32%）中的耐蚀性：A-15℃，B-80℃，C-沸腾

* 本书中把马氏体、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢归入马氏体不锈钢类中。

表4-1世界各国不锈钢产量

除前苏联、东欧和我国外，世界不锈钢产量已达1100万吨，而1950年的世界不锈钢产量还不到100万吨，40年间产量增加了10多倍。自1970年开始，日本的不锈钢产量已超过美国，处于领先地位且一直在持续增长。不锈钢产量中，Cr13型马氏体钢和Cr17型铁素体钢约占30%—40%，而18-8型Cr-Ni奥氏体钢等约占60%—70%。世界上工业先进国家的不锈钢产量一般分别占本国钢总量的2.5%-3.5% 。在不锈钢生产中，超高功率电炉、炉外精炼、连续铸锭（包括薄板坯连铸）、热连轧或新型炉卷轧机、冷连轧、连续酸洗热处理和连续保护气氛光亮热处理，以及各种质量检测手段等新工艺、新装备、新技术已日益广泛采用。大型化、高速化、连续化、自动化是不锈钢生产工艺、装备的主要发展方向，国外已能大量生产和供应的不锈钢材有：宽度达2m的冷轧薄板，包括镜面板、彩色板、花纹板、涂层板等；宽度达3m以上的热轧中

板；厚度可达300mm以上的热轧厚板；直径大到1m以上、小到0.1mm的无缝管以及各种规格的焊管（最大直径可达2m）；厚度约0.05mm，宽度可达1m的不锈钢箔。美、日等国所生产的不锈钢材中，冷轧薄板和带材约占60% 。（板、带材共约占70%）；管材约占4%-5%（其中焊管在日本已占不锈钢管产量的60%左右）；线材约占8%-9%；棒、型材约占10%-11% 。

4.1.2、我国不锈钢的发展和现状

我国用电弧炉大量生产不锈钢系在1949年以后，早期先生产Cr13型马氏体不锈钢，掌握生产技术后，大量生产18-8型Cr-Ni奥氏体钢，例如1Cr18Ni9Ti，则始于1952年。随后，为适应国内化学工业发展的需要，又开始生产含Mo2%-3%的1Cr18Ni12Mo2Ti和1Cr18Ni12Mo3Ti等。为了节约贵重元素镍，自1959

年起开始仿制以Mn,N代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N,1958年向AISI 204钢中加入Mo2%-3%，研制了1Cr18Mn10Ni5Mo3N(204+Mo),用于全循环法尿素生产装置以代替1Cr18Ni12Mo2Ti。50年代末到60年代初，开始工业试制1Cr17Ti，1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等无镍铁素体不锈钢，并开始研究耐发烟硝酸腐蚀的高硅不锈钢1Cr17Ni14Si4ALTi（相当于苏联牌号ЭИ654），此钢种实际上是一种α+γ双相不锈钢。60年代开始，由于国内化工、航天、航空、原子能等工业发展的需要以及采用电炉氧气炼钢技术，一大批新钢种，如17-4PH，17-7PH，PH15-7Mo等沉淀硬化不锈钢，含C≤0.03%的超低碳不锈钢00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2、00Cr18Ni14Mo3以及无Ni的Cr-Mn-N不锈钢1Cr18Mn14Mo2N(A4)相继研制成功并投入了生产。70年代起，为解决化工、原子能工业中所出现的18-8型Cr-Ni钢的氯化物应力腐蚀问题，一些α+γCr-Ni双相不锈钢相继研制完成并正式生产和应用，主要钢号有1Cr21Ni5Ti，00Cr26Ni6Ti，

00Cr26Ni7Mo2Ti，00Cr18Ni5Mo3Si2(3RE60)和00Cr18Ni6Mo3Si2Nb等。00Cr18Ni6Mo3Si2Nb是为了解决瑞典牌号3RE60焊后易出现单相铁素体组织，导致耐蚀性和韧性下降而发展的含N、Nb的α+γ双相不锈钢。到80年代，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀破坏又研制和仿制了含N的第二代α+γ双相不锈钢，如00Cr22Ni5Mo2N,00Cr25Ni6Mo3N和00Cr25Ni7Mo3WCuN等，不仅使我国的双相不锈钢形成了系列，而且还深入研究了它们的组织和性能以及N在双相不锈钢中的作用机制。70年代以来，我国不锈钢材料研究工作的其它重要进展有：研制了高强度和超高强度的马氏体时效不锈钢并投入工业试制与应用；采用真空感应炉、真空电子束炉和真空自耗炉冶炼并批量生产了C+N≤150-250ppm的高纯铁素体不锈钢

00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2；含Mo量≥4.5%的高Mo和高Mo含N的Cr-Ni奥氏体不锈钢，例如研制成功00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr18Ni18Mo5（N）、00Cr25Ni25Mo5N等并在化工、石化和海洋开发中获得了应用；在解决浓硝酸腐蚀和固溶态晶间腐蚀方面，研制了00Cr25Ni20Nb和几种超低碳高硅不锈钢，80年代以来，超低碳并对钢中磷含量和α相量严加控制的尿素级不锈钢00Cr18Ni14Mo2和

00Cr25Ni22Mo2N两种牌号研制完成，它们的板、管、棒材、锻件以及焊接材料均在大中型尿素工业中得到了应用，取得了满意的结果；由于一些特殊钢厂陆续建成冶炼不锈钢的炉外精炼设备，例如AOD（氩氧精炼炉）、VOD（真空氧精炼炉）等并已投产，我国不锈钢的冶炼技术上了一个新台阶。它不仅使低碳、超低碳不锈钢的生产变得轻而易举，而且使不锈钢的内在质量提高，成本降低。由于含Ti的18-8型Cr-Ni 奥氏体钢存在一系列缺点，美、日等工业先进国家早在60年代便已经实现了由含Ti不锈钢到普遍采用低碳、超低碳不锈钢的过渡，而我国是在1985—1990年间才大力进行低碳、超低碳不锈钢的开发、生产与应用，取得了一些可喜的进展，例如1988年底我国低碳、超低碳18-8型不锈钢产量已占我国不锈钢产量的10%左右。但与不锈钢生产、应用的先进国家相比（例如日、美等国含Ti的18-8型Cr-Ni钢仅占不锈钢产量的1.5%左右），还存在着很大的差距。80年代，我国还开展了控氮（N 0.05%—0.10%）和氮合金化（N>0.10%）Cr-Ni奥氏体不锈钢的研制工作。试验表明，氮在Cr-Ni奥氏体不锈钢和双相不锈钢中是一种无价且非常有益的合金元素。对氮的强化作用，降低钢的晶间腐蚀敏感性，改善钢的耐蚀性，特别是改善钢的耐点蚀等方面的机制，正在进行深入的研究工作。几种控氮和氮合金化的Cr-Ni奥氏体不锈钢已结合工程需要投入了批量生产和应用。

4.1.3、不锈钢的腐蚀与耐腐蚀的基本原理

不锈钢的腐蚀定义为材料由于与其所处环境介质的反应而造成的破坏。对于含镍材料来说，腐蚀有两种主要形式：一种是均匀腐蚀，另一种是局部腐蚀。在海洋大气中的铁锈就是一种一般或均匀腐蚀的典型例子。此处金属在其整个表面上均匀地被腐蚀。在这种情况下，钢表面形成疏松层，这层腐蚀产物很容易去除。另一方面，像合金400这种耐腐蚀性较好的金属，它们在海洋大气中表现出良好的均匀抗腐蚀性。这是由于合金400可形成一种非常薄而坚韧的保护膜。均匀腐蚀是一种最容易处理的腐蚀形式，因为工程师可以定量地确定金属的腐蚀率并可精确地预测金属的使用寿命。

由局部腐蚀而引起的破坏是很难预测的。因而，设备的寿命也不能精确地预计。这里给出几种局部腐蚀的例子。第一例是电化学腐蚀。当两种或多种不同的金属在某种导电液（电解液）存在条件下接触和连接时，电化学腐蚀就发生了。此时，两种金属间建立了势能差，同时电流将流动。电流会从抗腐蚀能力较差的金属（即阳极）流向抗腐蚀能力较强的金属（即阴极）。腐蚀由阴极上的反应情况而控制，如氢气的生成或氧气的还原。

如果某一大的阴极面与某一小的阳极面相连接时，阳极和阴极之间即会产生大的电流流动。这种情况必须避免。另一方面，当我们将此情况颠倒一下，即让某一大的阳极面与小的阴极面相连接时，两种金属之间则会产生小的电流流动。这种情况是我们所期望的。

在实用指南中，我们将位于某一容器或槽中的焊接金属接点设计为阴极。紧固件装置是这样设计的，即将阴极紧固件（小面积）与阳极件（大面积）连接在一起。此概念的例子是将钢板用铜铆钉铆接在一起并暴露在流动速度低的海水中，铜质固定件为小的阴极面，而钢板为大的阳极面。这种设计是非常便利的，而且可产生良好的相容性。

另一方面，如果相反进行连接，即用钢铆钉来固定铜板，则在钢铆钉上会产生非常快的腐蚀。此时，铜板则由于钢的腐蚀而被阴极保护。有趣的是在这种情况下，铜离子的释放被停止，铜板将被海水中的有机物缠结。通常，铜的腐蚀可阻止缠结有机物的附着。在电厂设计中，电化学腐蚀是非常重要的，而且不应被忽视。

第二个局部腐蚀的例子是浸蚀腐蚀。一块石头有可能堵塞在某一铜合金冷凝器的管子中。此时，石头的下游方向将立即产生紊流现象。这就会引起对铜保护氧化膜的浸蚀或磨损，并使未保护的铜合金金属暴露，以致产生进一步的腐蚀。这种循环趋于继续加剧浸蚀和腐蚀，直至造成管子穿孔为止。浸蚀腐蚀可通过采用良好的隔离技术来防止。

电厂技术人员常碰到的第三种局部腐蚀形式是缝隙腐蚀。缝隙腐蚀或氧聚集电池腐蚀是当金属表面出现某种沉淀或附着物时产生的。

正好在沉淀物下面或缝隙内，溶液中的氧含量是低的，在缝隙的外面大量溶液中的氧含量很高，这就建立了一个电池，其沉淀物下或缝隙中是阳极而其外面是阴极。含氯化物介质的缝隙的内部，PH值下降而氯化物浓集。这种酸性氯化物条件导致腐蚀加快并且是自动起媒介作用的。接着便发生了严重的局部腐蚀。

这种腐蚀形式的例子可以在当一个不锈钢坚固件放置在一块不锈钢钢板上并暴露于含氯化物的水中时产生。缝隙腐蚀可以在螺栓头或垫圈作为阳极区时发生。防止沉淀物和结垢生成或使用高合金含量的材料将有助于减少缝隙腐蚀。

点蚀（第四种局部腐蚀形式）与缝隙腐蚀相似，尤其是在扩展阶段。与缝隙腐蚀不同的是，点蚀在金属表面没有缝隙出现的情况下也可产生。与缝隙腐蚀相同的是，点蚀也是由于特殊的腐蚀剂如氯化物而造成的。它通常是由于金属表面上的某个缺陷而引起的。例如，在不锈钢或镍合金保护性氧化层中的某个缺陷。点蚀可通过采用抗腐蚀能力高的合金或消除引起点蚀的化学元素的方法来防止。

一旦两种形式的腐蚀开始，则点蚀和缝隙腐蚀的扩展情况是相同的。金属离子，如不锈钢的铁离子，反应并形成亚铁离子。亚铁离子进一步氧化成三价铁离子。氯化物试图转移到坑或缝隙区内并且PH值降低至大约1或更低。在该区中氧含量很低。在坑或缝隙的外面大量溶液中，氧含量很高。

随着坑的底部趋于阳极化，坑或缝隙的周围区趋于阴极化，于是电池电流的关系即被形成。当坑或缝隙中的腐蚀进一步扩展时，则变为自催化反应。三价铁离子与氯离子作用形成氯化铁。该反应不断重复并快速

产生金属穿孔现象。点蚀或缝隙腐蚀是一种非常危险的腐蚀形式，因为它高度局部化并能快速造成金属的穿透破坏。

第五种局部腐蚀形式为剥落腐蚀。在此情况下，金属表面上形成疏松、片状的腐蚀层。即使低速流动也会将腐蚀物的疏松层很容易地除去。于是，新的未腐蚀的金属又被暴露出来，从而将形成许多另外的片状层。再一次重复，这些片状层被很容易地除去并且过程在继续进行着。使用不易起化学反应的合金可以避免剥落腐蚀。

第六种局部腐蚀形式为选择性浸出或脱合金成分腐蚀。在此情况下，一种元素，通常为最不易起化学作用的元素，被腐蚀介质有选择地去除而留下一个机械薄弱区。典型的例子是蒸汽和水介质中黄铜的脱合金化。它可取名为失锌现象，这里锌被有选择地去除而铜又被重新镀在金属表面上。这种形式的腐蚀现在已很少见到，它可通过采用不易经受脱合金化的合金来防止。

晶间腐蚀（第七种形式）出现于某些特殊的合金中，通常当它们在焊接或热处理期间加热到其敏感温度区时即可能会发生晶间腐蚀。当诸如某些不锈钢合金加热到425-870℃，铬的碳化物即会在晶粒边界析出。导致碳化物附近出现贫铬区同时影响晶界区的钝化性。在特殊介质中，如硝酸或高温水中，可能出现低铬区的溶蚀现象。晶粒是以一种砂糖似的表面出现的。当用一取样器擦过时，它们很容易被擦掉。不锈钢和镍合金的晶间腐蚀可以通过采用低碳合金、加入碳化物形成元素如钛或铌，或利用稳定化退火来使之避免。应力腐蚀裂纹（SCC）是第八种局部腐蚀形式。产生应力腐蚀裂纹的条件有三种：

·敏感合金；

·外加或残余的拉应力；

·特殊腐蚀剂。

应力腐蚀裂纹可能出现的一个典型例子是一条由AISI 316型不锈钢（UNS S31600）制成的绝热蒸汽管线。绝热材料中可能存在的氯化物当其受到雨淋时即可转移到金属表面。这种情况满足了应力腐蚀裂纹的产生条件：一种敏感合金——316型不锈钢；一种特殊腐蚀剂——含氯化物的水；以及应力——冷加工的或焊接的管道。如果通过裂纹区做一横断面金相检查，将会观察到典型的穿晶（跨过晶粒和晶界）和分支裂纹。这就是奥氏体不锈钢的典型氯化物应力腐蚀裂纹。消除上述三种中的任何一种条件即可防止应力腐蚀裂纹的产生。

局部腐蚀的最后一个例子是腐蚀疲劳。它出现于旋转零件中，如泵的轴。点蚀常发生在依次产生应力上升区的表面上。在存在周期性应力并伴随有腐蚀的应用场合中会导致疲劳裂纹的加速发展。疲劳条纹（标志）可在断口表面上很典型地观察到，它是腐蚀疲劳的警告征兆。使用高强度合金或减小应力的方法可以防止腐蚀疲劳。

4.1.4、合金元素对不锈钢性能和特性的影响

合金元素的影响：

合金元素如铬、镍、钼和其他元素均含影响不锈钢和镍基合金的冶金组织、物理性能和抗腐蚀性。根据这些合金元素含量的不同，不锈钢可以是铁素体的、马氏体的、奥氏体的或双相组织的。

1.铬

不锈钢有一个基本元素，即它们都含铬。在含量大约为12%时，该元素通过自发形成一种稳定的、透明的钝化膜来延缓腐蚀。较高的合金含量可通过强化薄膜和快速自我修复薄膜来提高抗腐蚀性。商业品牌的不锈钢铬含量上限约为30%。

图4-4所示为某一含碳量下的铬一铁双合金相图。所谓的γ环区（奥氏体）是在铬含量约为11-13%情况下产生的。如果其它奥氏体形成元素增加的话，铬含量可扩大至约16-18% 。特别应该注意的是碳、氮和镍的影响，它们可扩大稳定奥氏体的范围。图4-5表明了碳和氮元素的加入对边界移动的影响。

如果不锈钢在加热和冷却过程中通过γ相区。它经过铁素体——奥氏体——马氏体转变，而称为马氏体不锈钢，一般这样的不锈钢是磁性的类似铁并且可以通过热处理使其硬化。

另一方面，含铬17%的合金（很少甚至没有奥氏体形成元素）位于γ环的外边，保留了铁素体结构，但通过热处理不能使其硬化。也有磁性（由于铁素体结构）称之为铁素体不锈钢，铁素体不锈钢在所有温度下为一同相。

图4-4 局部铁一铬相图

图4-5 在Cr-Fe系统中通过增加碳和/或氮而引起边界（γ+α到α）移动

铬称为铁素体形成元素。它有促使铁素体向奥氏体转变的倾向，对于非常低的碳含量，含铬量要超过13%，才能维持铁素体组织。在0.06%正常碳含量下，可能需要含铬18% 。

2.镍

如果铁用约18%的铬和8%的镍来合金化，γ环区则可扩大，图4-6所示为镍可将奥氏体范围扩大到低温区。铁素体仍然在形成，但转变速度非常缓慢，以致当含铬18%合金中的镍含量达到8%，甚至温度在零下时，奥氏体还继续存在。奥氏体合金的特征是虽然热处理也不能马氏体化和淬硬化。这些特征对所有奥氏体牌号都是共同的。由于镍可促进奥氏体相的稳定，所以它被称为奥氏体化元素。碳和氮很早就表现出它们有类似的性能，即允许用低的镍含量去达到相同的奥氏体级别或允许加入较多的辅助合金而不出现二次相沉淀。图4-7所示为含碳很低的三元合金在室温情况仍存在奥氏体的成分范围。

奥氏体合金可以通过冷加工来硬化，与此同时产生少量的铁素体或马氏体，并具有轻微的马氏体特征，强度也有所提高。在生产异形铸造产品时，经过慎重考虑使之含有少量的铁素体，以改善其可铸造性并将成为引人注意的马氏体组织。

镍可提高韧性和延展性，这就使之更容易加工、制造和焊接。同时，对酸的抗腐蚀能力也增强了，另外还可降低酸耗。镍还可提高保持钝化膜的能力以及在腐蚀介质中的抗蚀能力。

图4-6 含铬18%的铁合金中镍含量对奥氏体稳定性的影响

图4-7 室温时奥氏体继续存在情况下铁-铬-镍合金成分。P点表示含18%铬和8%镍的合金的位置或海水中有氯离子存在的情况下。钼也可提高对氯化物应力腐蚀裂纹的抵抗能力。利用固溶化的方法钼可提高奥氏体牌号搞温强度和马氏体牌号的抗回火能力。

3.钼

钼可提高钝化膜的强度并可改善点蚀和缝隙腐蚀的抵抗能力，特别是在卤盐或海水中有氯离子存在的情况下。钼也可提高对氯化物应力腐蚀裂纹的抵抗能力。利用固溶强化的方法钼可提高奥氏体牌号的高温强度和马氏体牌号的抗回火能力。

4.其它元素

硅是一个铁素体形成元素；碳、氮、锰、铜和钴的作用和镍一样可以可促进奥氏体的形成。有时候对冶炼过程这些元素必然会出现并不是不可避免的，但是有时为了改善特殊性能它们是有意加入的。

碳和氮是间隙合金化元素，它们可提高室温和高温下的机械性能。此种改善也会导致屈服强度、拉伸强度和蠕变断裂值的提高。在奥氏体和双相不锈钢中，氮可提高抗点蚀能力并减少金属间相（б）在高温或焊接时析出的机会。

硫、晒和铅可改善机械切削加工性能，但是有降低苛刻条件下耐腐蚀能力的趋向。

钛和铌能优先与碳和氮结合形成碳化物和氮化物。这样就可以改善高温强度性能并阻止铬的碳化物的形成。如果形成铬的碳化物，则会在晶界附近形成贫铬区并使之对晶间腐蚀十分敏感。为了使加入的元素对稳定化不锈钢产生最大的效果，需要进行特殊的热处理。在ASTM技术规范中包括了该种热处理，它是作为一种补充要求加以规定的。铌对高温蠕变断裂强度也会有一些帮助。

硅和铝可改善抗氧化性能。铜的加入可以提高对稀酸的抗酸能力，特别是对硫酸。铜的大量加入（3-4%）可生成一种具有低加工硬化率的合金，而且易于成形，如紧固件的冷顶锻工序。

衡土元素如铈、镱和镧的加入可提高抗氧化性能并且使之用较低含量的铬和镍即可获得与合金化元素含量较高的合金相似的抗氧化性能。

结论

含高的铬和钼元素的不锈钢和镍合金具有低的点蚀倾向，在含氯化物介质中尤其如此。加入镍通过提高延展性和韧性以及改善可焊接性可改善加工性能。镍还可以提高抗酸腐蚀能力，特别是对稀酸如硫酸。氮和钼可改善对缝隙腐蚀的抵抗能力。硅、铝的稀土元素的加入可提高抗氧化性能。

用于电力工业的高强度、抗腐蚀及氧化的特殊不锈钢和镍基合金已研制出来。