目前已知的化學元素有100多種，在工業中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現象作長期鬥爭的實踐而形成的不鏽鋼這一特殊鋼系列來說，常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不鏽鋼的性能與組織影響大的元素是：碳、铬、镍、錳、矽、钼、钛、铌、钛、錳、氮、銅、钴等。這些元素中除碳、矽、氮以外，都是化學元素周期表中位于過渡族的元素。

實際上工業上應用的不鏽鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當幾種元素共存于不鏽鋼這一個統一體中時，它們的影響要比單獨存在時複雜得多，因爲在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不鏽鋼的組織決定于各種元素影響的總和。

1、铬在不鏽鋼中的決定作用

決定不鏽鋼性屬的元素只有一種，這就是铬，每種不鏽鋼都含有一定數量的铬。迄今爲止，還沒有不含铬的不鏽鋼。铬之所以成爲決定不鏽鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加铬作爲合金元素以後，促使其內部的矛盾運動向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發展。這種變化可以從以下方面得到說明：

①铬使鐵基固溶體的電極電位提高

②铬吸收鐵的電子使鐵鈍化

鈍化是由于陽極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。

2、碳在不鏽鋼中的兩重性

碳是工業用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及其分布的形式，在不鏽鋼中碳的影響尤爲顯著。碳在不鏽鋼中對組織的影響主要表現在兩方面，一方面碳是穩定奧氏體的元素，並且作用的程度很大（約爲镍的30倍），另一方面由于碳和铬的親和力很大，與铬形成—系列複雜的碳化物。所以，從強度與耐腐燭性能兩方面來看，碳在不鏽鋼中的作用是互相矛盾的。

認識了這一影響的規律，我們就可以從不同的使用要求出發，選擇不同含碳量的不鏽鋼。

例如工業中應用廣泛的，也是起碼的不鏽鋼——0Crl3～4Cr13這五個鋼號的標准含铬量規定爲12～14％，就是把碳要與铬形成碳化铬的因素考慮進去以後才決定的，目的即在于使碳與铬結合成碳化铬以後，固溶體中的含铬量不致低于11.7％這一低限度的含铬量。

就這五個鋼號來說由于含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區別的，0Cr13～2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低于3Crl3和4Cr13鋼，多用于制造結構零件，後兩個鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如爲了克服18－8铬镍不鏽鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至0.03％以下，或者加入比铬和碳親和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如當高硬度與耐磨性成爲主要要求時，我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地提高含铬量，做到既滿足硬度與耐磨性的要求，又兼顧—定的耐腐蝕功能，工業上用作軸承、量具與刃具有不鏽鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼，含碳量雖高達0.85～0.95％，由于它們的含铬量也相應地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。

總的來講，目前工業中獲得應用的不鏽鋼的含碳量都是比較低的，大多數不鏽鋼的含碳量在0.1～0.4％之間，耐酸鋼則以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不鏽鋼僅占鋼號總數的一小部分，這是因爲在大多數使用條件下，不鏽鋼總是以耐腐蝕爲主要目的。此外，較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求，如易于焊接及冷變形等。

3、镍在不鏽鋼中的作用是在與铬配合後才發揮出來的

镍是優良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。镍在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳镍鋼要獲得純奧氏體組織，含镍量要達到24％；而只有含镍27％時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變。所以镍不能單獨構成不鏽鋼。但是镍與铬同時存在于不鏽鋼中時，含镍的不鏽鋼卻具有許多可貴的性能。

基于上面的情況可知，镍作爲合金元素在不鏽鋼中的作用，在于它使高铬鋼的組織發生變化，從而使不鏽鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。

4、錳和氮可以代替铬镍不鏽鋼中镍

铬镍奧氏體鋼的優點雖然很多，但近幾十年來由于镍基耐熱合金與含镍20％以下的熱強鋼的大量發展與應用，以及化學工業日益發展對不鏽鋼的需要量越來越大，而镍的礦藏量較少且又集中分布在少數地區，因此在世界範圍內出現了镍在供和需方面的矛盾。所以在不鏽鋼與許多其他合金領域（如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等）中，特別是镍的資源比較缺乏的國家，廣泛地開展了節镍和以其他元素代镍的科學研究與生產實踐，在這方面研究和應用比較多的是以錳和氮來代替不鏽鋼與耐熱鋼中的镍。

錳對于奧氏體的作用與镍相似。但說得確切一些，錳的作用不在于形成奧氏體，而是在于它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的含錳量從0到10.4%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發生明顯的改變。這是因爲錳對提高鐵基固溶體的電極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護作用也很低，所以工業上雖有以錳合金化的奧氏體鋼（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13鋼等），但它們不能作爲不鏽鋼使用。錳在鋼中穩定奧氏體的作用約爲镍的二分之一，即2％的氮在鋼中的作用也是穩定奧氏體，並且作用的程度比镍還要大。例如，欲使含18％铬的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮代镍的低镍不鏽鋼與元镍的铬錳氮不誘鋼，目前已在工業中獲得應用，有的已成功地代替了經典的18-8铬镍不鏽鋼。

5、不鏽鋼中加钛或铌是爲了防止晶間腐蝕。

6、钼和銅可以提高某些不鏽鋼的耐腐蝕性能。

7、其他元素對不鏽鋼的性能和組織的影響

以上主要的九種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不鏽鋼性能與組織影響較大的元素以外，不鏽鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣爲常存雜質元素，如矽、硫、磷等。也有的是爲了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、硒、稀土元素等。從不鏽鋼的耐腐蝕性能這一主要性質來說，這些元素相對于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因爲它們對不鏽鋼的性能與組織同樣也發生影響。

矽是形成鐵素體的元素，在一般不鏽鋼中爲常存雜質元素。

钴作爲合金元素在鋼中應用不多，這是因爲钴的價格高及其在其它方面（如高速鋼、硬質合金、钴基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等）有着更重要的用途。在一般不鏽鋼中加钴作合金元素的也不多，常用不鏽鋼如9Crl7MoVCo鋼（含1.2-1.8％钴）加钴，目的並不在于提高耐腐蝕性能而在于提高硬度，因爲這種不鏽鋼的主要用途是制造切片機械刃具、剪刀及手術刀片等。

硼高铬鐵素體不鏽鋼Crl7Mo2Ti鋼中加0.005％硼，可使在沸騰的65％醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼（0.0006～0.0007％）可使奧氏體不鏽鋼的熱態塑性改善。少量的硼由于形成低熔點共晶體，使奧氏體鋼焊接時產生熱裂紋的傾向增大，但含有較多的硼（0.5～0.6％）時，反而可防止熱裂紋的產生。因爲當含有0.5～0.6％的硼時，形成奧氏體－硼化物兩相組織，使焊縫的熔點降低。熔池的凝固溫度低于半溶化區時，母材在冷卻時產生的張應力，由處于液態。固態的焊縫金屬承受，此時是不致引起裂縫的，即使在近縫區形成了裂紋，也可以爲處于液態－固態的熔池金屬所填充。含硼的铬镍奧氏體不鏽鋼在原子能工業中有着特殊的用途。

磷在一般不鏽鋼中都是雜質元素，但其在奧氏體不鏽鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有的資料提出可達0.06％，以利于冶煉控制。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達0.06％（如2Crl3NiMn9鋼）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni鋼）。利用磷對鋼的強化作用，也有加磷作爲時效硬化不鏽鋼的合金元素，PH17－10P鋼（含0.25％磷）乃PH－HNM鋼（含0.30磷）等。

硫和硒在一般不鏽鋼中也是常有雜質元素。但向不鏽鋼中加0.2～0.4％的硫，可提高不鏽鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不鏽鋼的切削性能，是因爲它們降低不鏽鋼的韌性，例如一般18－8铬镍不鏽鋼的沖擊值可達30公斤/厘米2。含0.31％硫的18－8鋼（0.084％C、18.15％Cr、9.25％Ni）的沖擊值爲1.8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8鋼（0.094％C、18.4％Cr、9％Ni）的沖擊值爲3.24公斤/平方厘米。硫與硒均降低不鏽鋼的耐腐蝕性能，所以實際應用它們作爲不鏽鋼的合金化元素的很少。

稀土元素稀土元素應用于不鏽鋼，目前主要在于改善工藝性能方面。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素，可以消除鋼錠中因氫氣引起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體－鐵素體不鏽鋼中加0.02～0.5％的稀土元素（铈镧合金），可顯著改善鍛造性能。曾有一種含19.5%铬、23％镍以及钼銅錳的奧氏體鋼，由于熱加工工藝性能在過去只能生產鑄件，加稀土元素後則可軋制成各種型材。

常用不鏽鋼表面處理技術有以下幾種處理方法：

①表面本色白化處理；②表面鏡面光亮處理；③表面着色處理。

1.2.1表面本色白化處理：不鏽鋼在加工過程中，經過卷板、紮邊、焊接或者經過人工表面火烤加溫處理，產生黑色氧化皮。這種堅硬的灰黑色氧化皮主要是NiCr2O4和NiF二種EO4成分，以前一般采用氫氟酸和硝酸進行強腐蝕方法去除。但這種方法成本大，汙染環境，對人體有害，腐蝕性較大，逐漸被淘汰。目前對氧化皮處理方法主要有二種：

⑴噴砂（丸）法：主要是采用噴微玻璃珠的方法，除去表面的黑色氧化皮。

⑵化學法：使用一種無汙染的酸洗鈍化膏和常溫無毒害的帶有無機添加劑的清洗液進行浸洗。從而達到不鏽鋼本色的白化處理目的。處理好後基本上看上去是一無光的色澤。這種方法對大型、複雜当前產品較適用。

1.2.2不鏽鋼表面鏡面光亮處理方法：根據不鏽鋼当前產品的複雜程度和用戶要求情況不同可分別采用機械抛光、化學抛光、電化學抛光等方法來達到鏡面光澤。這三種方法優缺點如下：

1.2.3表面着色處理：不鏽鋼着色不僅賦予不鏽鋼制品各種顔色，增加当前產品的花色品種，而且提高当前產品耐磨性和耐腐蝕性。

不鏽鋼着色方法有如下幾種：

⑴化學氧化着色法；

⑵電化學氧化着色法；

⑶離子沉積氧化物着色法；

⑷高溫氧化着色法；

⑸氣相裂解着色法。

各種方法簡單概況如下：

⑴化學氧化着色法：就是在特定溶液中，通過化學氧化形成膜的顔色，有重铬酸鹽法、混合鈉鹽法、硫化法、酸性氧化法和堿性氧化法。一般“茵科法”（INCO）使用較多，不過要想保證一批当前產品色澤一致的話，必須用參比電極來控制。

⑵電化學着色法：是在特定溶液中，通過電化學氧化形成膜的顔色。

⑶離子沉積氧化物着色法化學法：就是將不鏽鋼工件放在真空镀膜機中進行真空蒸發镀。例如：镀钛金的手表殼、手表帶，一般是金黃色。這種方法適用于大批量当前產品加工。因爲投資大，成本高，小批量当前產品不合算。

⑷高溫氧化着色法：是在特定的熔鹽中，浸入工件保持在一定的工藝參數，使工件形成一定厚度氧化膜，而呈現出各種不同色澤。

⑸氣相裂解着色法：較爲複雜，在工業中應用較少。