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、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

  鎳是擴大奧氏體區的元素，在不銹鋼中多與鉻配合，以獲得奧氏體-鐵素體雙相組織或單相奧氏體組織，使鋼具有更好的耐蝕性和良好的成形性能及焊接性能。鎳能使合金表面鈍化，擴大鋼在酸中的鈍化范圍，但不能改善其對稀硝酸的耐蝕性。它能提高不銹鋼抗硫酸、鹽酸等腐蝕介質的性能，是耐蝕鋼的主要合金元素。如果單獨使用鎳作為不銹鋼的合金元素，其質量分數要高達24％才能得到全奧氏體組織，而在低碳鉻不銹鋼（wcr＞17％）的基礎上，加入質量分數為9％的鎳，即可獲得耐蝕性好、綜合力學性能好的室溫下穩定的奧氏體組織，既能滿足鋼的耐蝕性要求，又能提高鋼的高溫強度和抗氧化性能，成為一種具有良好綜合性能的鋼種。

3. 鉬和銅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。

  銅可以提高鋼對非氧化性介質的抗蝕能力，進一步擴大鋼的穩定性范圍。在鉻鎳不銹鋼中加入銅能促使鋼產生彌散硬化組織，提高鋼的熱強性。與鉬配合使用，可進一步提高鉻鎳不銹鋼在稀硫酸中的耐蝕性能。列人我國國家標準的牌號有06Cr18Ni12Mo2Cu2和022Cr18Ni14Mo2Cu2等。

4. 錳和氮對不銹鋼組織和性能的影響

  錳和氮，它們都是促進奧氏體形成的元素，其中氮比錳的作用更為強烈。為了節省昂貴的鎳的用量，可用它們替代奧氏體型不銹鋼中的一部分鎳。錳和氮能大大提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性。

  這類鋼列人我國國家標準的牌號有12Cr17Mn6Ni5N（1Cr17Mn6Ni5N）和12Cr18Mn9Ni5N（1Cr18Mn8Ni5N）。當錳含量過高時，對含鉻量較低的不銹鋼的耐蝕性不利，還會使鑄鋼件產生氣孔，同時增加材料或接頭的硬度，給冷加工帶來困難。氮與碳共同作用能提高奧氏體型鋼的熱強性，氮的強化作用在于時效過程中形成氮化物和碳氮化物。

  氮對雙相不銹鋼有重要作用：在焊接接頭熱影響區快速冷卻時，氮促進了高溫下形成的鐵素體逆轉變為足夠的二次奧氏體以維持必要的相平衡，提高了接頭的耐蝕性；氮可以提高富氮奧氏體相的耐孔蝕能力，與富鉻、鉬的鐵素體相取得平衡，提高了材料整體的耐孔蝕性能；氮能減輕鉻、鎳等元素在兩相中分布的差異，降低選擇腐蝕的傾向性。

5. 鈦和鈮對不銹鋼組織和性能的影響

  鈦和鈮，它們與碳的親和力比鉻大，能優先形成穩定碳化物，減輕晶間腐蝕傾向。

  在鉻鎳不銹鋼中，當鈦的加入量大于碳含量的5倍，或者鈮的加入量大于碳含量的8倍時，可以使絕大部分的碳存在于鈦或鈮的碳化物之中，因而使固溶碳的質量分數降到0.03％以下，這就能保證鉻在鋼中的有效固溶濃度。由于鉻在鋼中的有效固溶濃度得到保證、從而改善鋼的抗晶間腐蝕能力。鈮的質量分數達到0.5％～2.0％，既能提高奧氏體鋼的熱強性，又能提高鋼的持久塑性。鈮在含碳量較低的奧氏體鋼中會促進近縫區和焊縫金屬產生裂紋，在鉻鎳奧氏體鋼中鈮的質量分數應控制在1.0％范圍內。這類鋼列入我國國家標準的牌號很多，如06Cr18Ni11Ti和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。

  上述合金元素對鋼的作用不是簡單的疊加，也不是相互抵消的。它們相互之間有時會發生新的物理化學作用，往往會引起強化力學性能的作用。各種合金元素對不銹鋼組織結構和性能的影響見表1-13，亦可參見圖1-1、圖1-2。從表中可以看出，合金元素對不銹鋼組織的影響基本上分三大類：第一類是形成鐵素體的元素，有鉻、硅、鋁、鉬、鈦、鈮等；第二類是形成奧氏體的元素，有碳、氮、鎳、錳、銅，其中碳和氮的作用程度最大；第三類是形成碳化物的元素、有鈮、鈦、碳、鉻、鎢、錳、鉬等。加入銅、鋁、鈦、鈮、氮等元素能促使鋼產生彌散硬化，從而提高鋼的熱強性。

  表1-13 各種合金元素對不銹鋼組織結構和性能的影響