1. 不锈钢的主要相结构


  铁素体型、马氏体型、奥氏体型和铁素体-奥氏体型不锈钢中，其的主要相结构就是铁素体、马氏体、奥氏体及铁素体加奥氏体。例如，在不锈钢中占有绝大多数的是铁素体相，就称为铁素体型不锈钢，使这种钢与其他类型不锈钢相比具有不同的特性和用途。在钢锭熔炼和轧制过程中不可避免地、或多或少地存在一些杂质，从而降低了钢材的纯度。这些杂质主要是碳和氮等元素，它们基本上以铬-铁碳化物（主要是M23C6）形式析出，这些碳化物、氮化物和各种金属间化合物相，就成为钢中新的相，称为次生相。这些次生相存在于晶间、枝间、晶界上或在晶粒之间。它们在钢中分布密集程度和数量多少直接影响到钢材的力学性能。



2. 不锈钢次生相对钢材的影响


a. 碳化物 


  室温下，碳在奥氏体不锈钢中的溶解度很低，约为0.006％，而在铁素体（或马氏体）不锈钢中的溶解度更低。随着钢中碳含量的增加，多余的碳将以铬-铁碳化物（主要是M23C6）形式析出。有时也以少量M7C3T和M6C形式析出。M23C6和M7C3T中的铬的质量分数约为42％～65％，大大超过不锈钢中铬的正常含量。若在碳过饱和情况下，受到适当温度加热，则会发生碳化物析出。这些铬碳化合物最易于在晶界处生成。若条件适当，晶粒边界会出现贫铬［w（Cr）＜12％时］，即减少了晶界铬有效固溶含量，导致钢的耐蚀性能降低。对不锈钢耐蚀性而言，碳是一种有害元素。在不锈钢中应尽量控制碳含量，越少越好。


  碳化物对铁素体不锈钢的影响：由于碳在铁素体中扩散比在奥氏体中容易，且碳在铁素体中的溶解度比奥氏体中低，因此，铁素体中碳化物的析出比奥氏体中容易。所以铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢更容易发生晶间腐蚀。


  碳化物对铬-镍奥氏体不锈钢的影响：随着碳含量的增加，产生铬的碳化物变得更容易，铬的碳化物增加，势必导致晶界的贫铬程度增强，贫铬区也扩大了，产生晶间腐蚀的敏感性更强了。镍含量增加提高了碳的活度，降低了碳在钢中的溶解度，等同于碳含量的增加，因此产生晶间腐蚀的敏感性也增强。这种情况只有镍的质量分数大于20％后才会发生，因此对于钢中镍的质量分数大于或等于20％时（如20Cr25Ni20），要严格控制碳含量［w（C）＜0.02％］，以避免或减少晶间腐蚀产生。硅和镍一样，也是提高碳的活度，其影响比镍更强烈。硅的另一个作用，它可以生成氮化碳［Mn（CN）2］，其对晶间腐蚀影响与M23C6相似。当奥氏体不锈钢中硅的质量分数大于4％时，其碳的质量分数应限制在0.02％以下。在奥氏体不锈钢中铬的含量增加，可以及时向晶界贫铬区中补充所需的铬，从而提高了抗晶间腐蚀的能力，可以说铬是抗腐蚀的主要元素。铌和钛都能与碳形成稳定的碳化物，能有效地抑制M23C6的析出，避免晶间腐蚀的产生。但钛的含量至少要达到碳含量的5倍，铌的含量至少要达到碳含量的10倍才能有效地抑制M23C6的析出。


b. 氮化物的影响 


  氮与碳相比，氮是更有效的固溶强化元素，同时又可以促进晶粒细化；氮是奥氏体形成元素，可以减少合金中的镍含量，降低铁素体和形变的马氏体形成能力；尽管氮不能明显改善材料在酸中的抗总体腐蚀性能，但可以极大地提高材料抗点蚀和缝腐蚀能力。但钢中含有氮，与碳一样势必会在钢中形成氮化物和碳化物，成为其一种重要的显微组织。


  当不锈钢中氮质量分数超过0.4％时，在钢中存在两种常见的氮化物形式：Cr2N、CrN。随着Cr2N的析出，紧邻氮化物的基体中会形成σ相，这种相不利于材料的韧性和耐蚀性能。这两种氮化物同样会造成晶界出现贫铬区，导致钢的耐蚀性降低，氮化铬周围的贫铬区是点蚀的重要来源，其机理与碳化铬相同。


  氮化物的析出与温度有关：


   ①. 它有一个敏感温度区，为600～1075℃，在这个温度区间氮化物析出敏感性较强并伴有第二相析出。因此，应尽量避免在这个温度区间加工或服役，但可以通过高温固溶处理以消除氮化物。


   ②. 与合金元素有关，氮是氮化物形成元素，氮间隙固溶在奥氏体基体中，扩散速度较快，随着氮含量提高，Cr2N的析出倾向越强烈；当氮量较低时，Cr2N不会沿晶析出，而镍又能促进氮化物析出。


   ③. 与材料原始状态有关，奥氏体不锈钢有固溶和轧制两种使用状态，材料原始形态不同，氮化物析出行为也不同。冷轧后经退火处理的氮化物析出速度延迟，随着冷轧与退火次数增多，敏感温度区间变窄，氮化物析出的机率也变小。故退火态合金较不利于氮化物的品内析出。


c. σ相的析出 


  在不锈钢中，σ相是一种铁-铬化合物，还包含Mo、Mn、Ni、Si、Ti、和P等其他合金元素，σ相中铬质量分数大约为47％。σ相通常在铬质量分数达到16％以上的钢中就会析出。由于铬具有很强的扩散性，σ相在铁素体中的析出比在奥氏体中快。σ相的析出将使材料韧性降低，硬度增加，有时还降低材料的耐蚀性。在所有不锈钢的类型中都有可能形成σ相。


  碳将减缓σ相的析出，因为这时将优先析出碳化物M23C6，而后才能析出σ相。由于析出碳化物M23C6，而降低了钢的固溶体中的铬含量，自然σ相的析出就被推迟了。氮与碳的作用相同，也能减缓在钢中σ相的析出。


  铁素体不锈钢中σ相的析出比奥氏体不锈钢容易，而且，加钼后σ相的析出更容易。奥氏体-铁素体双相不锈钢中，由于铬含量比较高，碳含量比较低，因此，比较容易析出σ相。σ相对双相不锈钢韧性的影响比奥氏体不锈钢大。当双相不锈钢含有体积分数为1％的σ相，冲击值就会降低50％；当含有体积分数为10％的σ相，材料就完全脆化。