廣泛使用的不銹鋼仍然是高鉻鋼，因此首先分析Fe-Cr二元平衡圖，然后討論碳對Fe-Cr相圖的影響。圖2.12為Fe-Cr二元平衡圖。Fe和Cr的原子半徑尺寸相近（表2.1），Cr加入Fe中后可以與α-Fe無限互溶。約在12％Cr和1000℃時封閉y區(qū)，以后是α＋γ兩相區(qū)，當鉻含量超過14％后，將得到α固溶體。需要指出，γ區(qū)和α＋y區(qū)邊界的測定結(jié)果與所用原料的純度有關(guān)，早期使用的原料不可能很純，所含碳及氮較高。圖2.12的y區(qū)和α＋γ雙相區(qū)邊界數(shù)據(jù)來自于文獻。

 由圖2.27 Fe-Cr-C在700℃時的平衡圖可以看出，隨Cr／C的增加，鋼中先后生成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr），C3和（Fe，Cr）23C6。鉻是縮小Fe-C合金γ相區(qū)的元素，圖2.34可以顯示鉻縮小y相區(qū)的趨勢，當鉻含量為20％時，γ相區(qū)縮小為一點。

 碳能擴大Fe-Cr平衡圖的γ相區(qū)，但其溶解度極限卻隨鉻含量的提高而減少。圖9.6表明，在碳含量為0.6％的Fe-Cr-C合金中，鉻含量達18％時高溫下仍為單一的y相；鉻含量范圍在18％～27％時，鋼在高溫時的組織為a＋y相；鉻含量高于27％時，鋼的組織將成為單一的α相，不可能產(chǎn)生馬氏體相變。碳含量為0.6％和鉻含量為18％時，單一的γ相區(qū)最寬，如果繼續(xù)提高碳含量，將生成碳化物相。

 不銹鋼的鉻含量一般在12％以上，在Fe-Cr-C合金中，馬氏體鋼鉻含量為12％～18％，鐵素體鋼鉻含量為15％～30％，這兩類鋼的鉻含量有重復的區(qū)域（15％～18％），至于屬于哪一類，取決于其碳含量。

 含鉻的奧氏體（y相）不穩(wěn)定，只存在于高溫區(qū)，緩冷時轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體（α相），急冷時可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；加入碳之后，可以擴大y相區(qū)；速冷后，可以獲得部分殘余奧氏體，但高碳的奧氏體在冷卻過程中易于析出碳化鉻而降低基體中的鉻含量，降低了鋼的耐蝕性。

 為了能在室溫獲得穩(wěn)定的奧氏體，可在Fe-C中加入鎳和錳，兩者都是擴大γ相區(qū)的元素。圖2.5、圖2.7分別為Fe-Mn和Fe-Ni的平衡圖，F(xiàn)e-Mn和Fe-Ni均可生成無限互溶的γ相區(qū)。

 圖9.7為Fe-Cr-Ni三元系在高溫的相圖，可以看出，由于鎳的存在，在1100℃下，y相區(qū)擴展到較高的鉻含量，這種高溫穩(wěn)定的γ相急冷到室溫，形成如圖9.8所示的室溫下的各種亞穩(wěn)相及穩(wěn)定相。

 雖然錳和鎳一樣可以擴展和穩(wěn)定y相，但在奧氏體不銹鋼中用錳完全代替鎳是有困難的。根據(jù)Fe-Cr-Mn三元相圖（圖9.9及圖9.10），當鉻含量大于15％時，錳含量的增加并不能避免α相的出現(xiàn)。為了節(jié)約鎳，在18Cr-8Ni 奧氏體不銹鋼中，可以用8％Mn代替其中的4％Ni。圖9.11為Fe-Cr-Ni-Mn相圖，可以看出，在Cr-Mn鋼中加入少量的氮可使獲得奧氏體組織所需的鎳含量大大減少。圖9.12也表明，在含18.5％Cr的鋼中，加入少量的氮可以顯著減少為獲得奧氏體所需的鎳含量。

 合金元素對不銹鋼組織的影響基本上可以分為兩大類：一類是擴大奧氏體區(qū)或穩(wěn)定奧氏體的元素，它們是碳、氮、鎳、錳、銅等；另一類是封閉或縮小奧氏體區(qū)形成鐵素體的元素，它們是鉻、硅、鈦、鈮、鉬等。當這兩類作用不同的元素同時存在于不銹鋼中時，不銹鋼的組織就取決于它們互相作用的結(jié)果。如形成鐵素體的元素在鋼中占優(yōu)勢，鋼的基體組織就是鐵素體；如穩(wěn)定奧氏體的元素在鋼中占優(yōu)勢，鋼的基體組織則為奧氏體；如穩(wěn)定奧氏體的元素的作用程度還不足以使鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變點（M3）降至室溫以下，自高溫冷卻的奧氏體在高于室溫即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這樣鋼的基體組織就是馬氏體。為了簡便起見，可把鐵素體形成元素折合成鉻的作用，把奧氏體形成元素折合成鎳的作用，而制成鉻當量［Cr］。和鎳當量［Ni］eq圖，以表明鋼的實際成分和所得到的組織狀態(tài)，見圖9.13。該圖適用于從高溫快速冷卻的Cr-Ni系不銹鋼，因而可以用來確定焊縫冷卻后的組織。其中：

圖9.13雖不能十分確切地確定不銹鋼中的組織，但仍可以幫助了解穩(wěn)定奧氏體元素和鐵素體形成元素對不銹鋼中組織的相對影響，粗略地分析一些具有復雜化學成分的不銹鋼組織。

圖9.14是從大量Cr-Ni奧氏體不銹鋼的試驗數(shù)據(jù)中整理得到的，適用于1150℃熱加工后冷卻狀態(tài)的不銹鋼組織。該圖考慮了元素間的交互作用：