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(duì)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(wú)限互溶。約在12％Cr和1000℃時(shí)封閉y區(qū)，以后是α＋γ兩相區(qū)，當(dāng)鉻含量超過(guò)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(cè)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(lái)自于文獻(xiàn)。
由圖2.27 Fe-Cr-C在700℃時(shí)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(shì)，當(dāng)鉻含量為20％時(shí)，γ相區(qū)縮小為一點(diǎn)。
碳能擴(kuò)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(dá)18％時(shí)高溫下仍為單一的y相；鉻含量范圍在18％～27％時(shí)，鋼在高溫時(shí)的組織為a＋y相；鉻含量高于27％時(shí)，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(shí)，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(fù)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(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體（α相），急冷時(shí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；加入碳之后，可以擴(kuò)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(guò)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(kuò)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(wú)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(kuò)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(kuò)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(dāng)鉻含量大于15％時(shí)，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(duì)不銹鋼組織的影響基本上可以分為兩大類：一類是擴(kuò)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(dāng)這兩類作用不同的元素同時(shí)存在于不銹鋼中時(shí)，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(shì)，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(shì)，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(diǎn)（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(jiǎn)便起見(jiàn)，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(dāng)量［Cr］。和鎳當(dāng)量［Ni］eq圖，以表明鋼的實(shí)際成分和所得到的組織狀態(tài)，見(jiàn)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(lái)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(duì)不銹鋼中組織的相對(duì)影響，粗略地分析一些具有復(fù)雜化學(xué)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(yàn)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：
