铁-铬系相图及其在不锈钢相平衡中的作用

因为铬是不锈钢的主要合金元素，所以把图2-1所示的铁-铬系相图作为讨论不锈钢相平衡的起点。注意相图中Cr在高温时全部溶于铁中，所有Fe-Cr合金凝固时都生成铁素体。^[1]而凝固温度区间很窄。对低铬含量的合金在912～1394℃（1670～2540℉）温度区间形成一个奥氏体区，通常被称为γ相回线。铬的质量分数高于12.7%的合金在高温时全是铁素体，而铬的质量分数低于12.7%的合金在这个γ相回线温度范围内多多少少要形成一些奥氏体。而铬的质量分数低于12%的合金在此回线的温度范围内将是全奥氏体组织，形成的奥氏体在快速冷却时可转变成马氏体。

在Fe-Cr系中存在一种称为σ相的低温平衡相，这种相是具有（Fe，Cr）化学配比的四方晶体。σ相在w（Cr）超过20%的合金中形成得最快，但是由于σ相是在低温下形成的，其形成的动力学过程十分迟缓，在600～800℃（1110～1470℉）温度范围内析出需要较长时间。因为σ相是一种既硬又脆的相，在不锈钢中经常不希望其存在。

图2-1 Fe-Cr平衡相图(www.xing528.com)

（引自《金属手册》^[4]，原始出处为Hansen^[5]，由McGraw-Hill授权。）

在Fe-Cr相图中，在σ+α相区里有一条475℃（885℉）的水平虚线，在此温度下，由于在α母体中形成了一种共格的富铬析出物而使合金脆化，被称为475℃脆化（880℉脆化）。这种析出物被称为α′相，α′相实际上是在400～540℃（750～1000℉）温度范围内形成的，在铬的质量分数高于14%^[2]的合金中具有严重的脆化效应。α′相的形成也很缓慢，加入合金元素会加速其形成。