1. 不銹鋼的主要相結(jié)構(gòu)

  鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型和鐵素體-奧氏體型不銹鋼中，其的主要相結(jié)構(gòu)就是鐵素體、馬氏體、奧氏體及鐵素體加奧氏體。例如，在不銹鋼中占有絕大多數(shù)的是鐵素體相，就稱(chēng)為鐵素體型不銹鋼，使這種鋼與其他類(lèi)型不銹鋼相比具有不同的特性和用途。在鋼錠熔煉和軋制過(guò)程中不可避免地、或多或少地存在一些雜質(zhì)，從而降低了鋼材的純度。這些雜質(zhì)主要是碳和氮等元素，它們基本上以鉻-鐵碳化物（主要是M₂₃C₆）形式析出，這些碳化物、氮化物和各種金屬間化合物相，就成為鋼中新的相，稱(chēng)為次生相。這些次生相存在于晶間、枝間、晶界上或在晶粒之間。它們?cè)阡撝蟹植济芗潭群蛿?shù)量多少直接影響到鋼材的力學(xué)性能。

2. 不銹鋼次生相對(duì)鋼材的影響

a. 碳化物 

  室溫下，碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度很低，約為0.006％，而在鐵素體（或馬氏體）不銹鋼中的溶解度更低。隨著鋼中碳含量的增加，多余的碳將以鉻-鐵碳化物（主要是M₂₃C₆）形式析出。有時(shí)也以少量M₇C₃T和M₆C形式析出。M₂₃C₆和M₇C₃T中的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為42％～65％，大大超過(guò)不銹鋼中鉻的正常含量。若在碳過(guò)飽和情況下，受到適當(dāng)溫度加熱，則會(huì)發(fā)生碳化物析出。這些鉻碳化合物最易于在晶界處生成。若條件適當(dāng)，晶粒邊界會(huì)出現(xiàn)貧鉻［w（Cr）＜12％時(shí)］，即減少了晶界鉻有效固溶含量，導(dǎo)致鋼的耐蝕性能降低。對(duì)不銹鋼耐蝕性而言，碳是一種有害元素。在不銹鋼中應(yīng)盡量控制碳含量，越少越好。

  碳化物對(duì)鐵素體不銹鋼的影響：由于碳在鐵素體中擴(kuò)散比在奧氏體中容易，且碳在鐵素體中的溶解度比奧氏體中低，因此，鐵素體中碳化物的析出比奧氏體中容易。所以鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼更容易發(fā)生晶間腐蝕。

  碳化物對(duì)鉻-鎳奧氏體不銹鋼的影響：隨著碳含量的增加，產(chǎn)生鉻的碳化物變得更容易，鉻的碳化物增加，勢(shì)必導(dǎo)致晶界的貧鉻程度增強(qiáng)，貧鉻區(qū)也擴(kuò)大了，產(chǎn)生晶間腐蝕的敏感性更強(qiáng)了。鎳含量增加提高了碳的活度，降低了碳在鋼中的溶解度，等同于碳含量的增加，因此產(chǎn)生晶間腐蝕的敏感性也增強(qiáng)。這種情況只有鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20％后才會(huì)發(fā)生，因此對(duì)于鋼中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于20％時(shí)（如20Cr25Ni20），要嚴(yán)格控制碳含量［w（C）＜0.02％］，以避免或減少晶間腐蝕產(chǎn)生。硅和鎳一樣，也是提高碳的活度，其影響比鎳更強(qiáng)烈。硅的另一個(gè)作用，它可以生成氮化碳［Mn（CN）2］，其對(duì)晶間腐蝕影響與M₂₃C₆相似。當(dāng)奧氏體不銹鋼中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4％時(shí)，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)限制在0.02％以下。在奧氏體不銹鋼中鉻的含量增加，可以及時(shí)向晶界貧鉻區(qū)中補(bǔ)充所需的鉻，從而提高了抗晶間腐蝕的能力，可以說(shuō)鉻是抗腐蝕的主要元素。鈮和鈦都能與碳形成穩(wěn)定的碳化物，能有效地抑制M₂₃C₆的析出，避免晶間腐蝕的產(chǎn)生。但鈦的含量至少要達(dá)到碳含量的5倍，鈮的含量至少要達(dá)到碳含量的10倍才能有效地抑制M₂₃C₆的析出。

b. 氮化物的影響 

  氮與碳相比，氮是更有效的固溶強(qiáng)化元素，同時(shí)又可以促進(jìn)晶粒細(xì)化；氮是奧氏體形成元素，可以減少合金中的鎳含量，降低鐵素體和形變的馬氏體形成能力；盡管氮不能明顯改善材料在酸中的抗總體腐蝕性能，但可以極大地提高材料抗點(diǎn)蝕和縫腐蝕能力。但鋼中含有氮，與碳一樣勢(shì)必會(huì)在鋼中形成氮化物和碳化物，成為其一種重要的顯微組織。

  當(dāng)不銹鋼中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.4％時(shí)，在鋼中存在兩種常見(jiàn)的氮化物形式：Cr₂N、CrN。隨著Cr₂N的析出，緊鄰氮化物的基體中會(huì)形成σ相，這種相不利于材料的韌性和耐蝕性能。這兩種氮化物同樣會(huì)造成晶界出現(xiàn)貧鉻區(qū)，導(dǎo)致鋼的耐蝕性降低，氮化鉻周?chē)呢氥t區(qū)是點(diǎn)蝕的重要來(lái)源，其機(jī)理與碳化鉻相同。

  氮化物的析出與溫度有關(guān)：

   ①. 它有一個(gè)敏感溫度區(qū)，為600～1075℃，在這個(gè)溫度區(qū)間氮化物析出敏感性較強(qiáng)并伴有第二相析出。因此，應(yīng)盡量避免在這個(gè)溫度區(qū)間加工或服役，但可以通過(guò)高溫固溶處理以消除氮化物。

   ②. 與合金元素有關(guān)，氮是氮化物形成元素，氮間隙固溶在奧氏體基體中，擴(kuò)散速度較快，隨著氮含量提高，Cr₂N的析出傾向越強(qiáng)烈；當(dāng)?shù)枯^低時(shí)，Cr₂N不會(huì)沿晶析出，而鎳又能促進(jìn)氮化物析出。

   ③. 與材料原始狀態(tài)有關(guān)，奧氏體不銹鋼有固溶和軋制兩種使用狀態(tài)，材料原始形態(tài)不同，氮化物析出行為也不同。冷軋后經(jīng)退火處理的氮化物析出速度延遲，隨著冷軋與退火次數(shù)增多，敏感溫度區(qū)間變窄，氮化物析出的機(jī)率也變小。故退火態(tài)合金較不利于氮化物的品內(nèi)析出。

c. σ相的析出 

  在不銹鋼中，σ相是一種鐵-鉻化合物，還包含Mo、Mn、Ni、Si、Ti、和P等其他合金元素，σ相中鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)大約為47％。σ相通常在鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到16％以上的鋼中就會(huì)析出。由于鉻具有很強(qiáng)的擴(kuò)散性，σ相在鐵素體中的析出比在奧氏體中快。σ相的析出將使材料韌性降低，硬度增加，有時(shí)還降低材料的耐蝕性。在所有不銹鋼的類(lèi)型中都有可能形成σ相。

  碳將減緩σ相的析出，因?yàn)檫@時(shí)將優(yōu)先析出碳化物M₂₃C₆，而后才能析出σ相。由于析出碳化物M₂₃C₆，而降低了鋼的固溶體中的鉻含量，自然σ相的析出就被推遲了。氮與碳的作用相同，也能減緩在鋼中σ相的析出。

  鐵素體不銹鋼中σ相的析出比奧氏體不銹鋼容易，而且，加鉬后σ相的析出更容易。奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼中，由于鉻含量比較高，碳含量比較低，因此，比較容易析出σ相。σ相對(duì)雙相不銹鋼韌性的影響比奧氏體不銹鋼大。當(dāng)雙相不銹鋼含有體積分?jǐn)?shù)為1％的σ相，沖擊值就會(huì)降低50％；當(dāng)含有體積分?jǐn)?shù)為10％的σ相，材料就完全脆化。