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物理冶金学
2. 二次相
简单的三元相图仅仅为理解这些多组分合金复杂的冶金学提供了一个切入点。了解在什么情况下存在哪些二次相很重要，因为它们的出现对耐腐蚀性和力学性能有深刻的影响。表4列出了于高性能不锈钢中发现的二次相。可将它们分为碳化物、氮化物或金属间化合物。
① 碳化铬
由于所有的不锈钢融化时碳含量都很低，所以碳化铬就体积分数而言，从来都不是一个显著的结构特征。在稳定化的铁素体钢、双相不锈钢和退火温度下对碳有高溶解度的奥氏体钢中，正常的退火温度足以溶解碳。碳化物的发生常常只是由于没有从退火温度范围快速冷却或焊后冷却时，在中间温度下形成的细小晶间析出物。在各种可能的碳化铬中，M23C6型是到目前为止最常见的，它常含有少量钼，一般在550～950℃ 的温度范围析出。其它被报道过的碳化物是表4所描述的M7C3 和M6C 型碳化物，晶间析出的碳化物会产生晶间腐蚀，造成耐点蚀性的下降。这主要是碳化物周围的贫铬造成的，但也取决于碳化物的结构形态和冷却通过碳化物析出温度范围的过程中修复贫铬所需要的时间。
② 钛和铌碳氮化物
这些碳氮化物主要存在于稳定化的铁素体钢种中，因为脱氧过程中可能会包含钛，因此也有少量见于奥氏体钢种。它们对奥氏体不锈钢特性的影响可以忽略不计。当用钛和铌来稳定铁素体钢中的碳和氮时，最后得到的碳氮化物起初是在凝固温度范围以上形成金属氮化物, 当温度下降至1050℃ 左右时, 金属氮化物吸收碳，形成碳氮化合物。因此，这些相在经过完全退火的铁素体钢种的腐蚀性能中起不到主要的作用。然而，如果退火温度太高，碳和氮会被重新溶解，并且在冷却过程通过低温敏化范围时由于碳化铬的析出，会产生敏化作用。同时，钛和铌碳氮化物受到一些强酸性物的侵蚀，并成为铁素体钢中脆性断裂的开始位置。
③ 氮化铬
在双相钢和高性能奥氏体不锈钢中高氮含量的应用，有助于各种氮化铬的出现，其中最常见的是Cr2N。在热加工和退火温度，氮很容易溶解在这些高铬钢种中，因此，当冷却到这些温度范围以下时，一般就是形成这些氮化物。在奥氏体钢中，它们会在敏化温度范围析出，通常看起来像细的晶间沉淀物，很难从碳化物和σ相分辨开。在双相钢中，氮化铬析出物的形态学高度依赖于其先前的受热过程。经过完全固溶退火和快速冷却，典型的40%到60%的奥氏体平衡相足以固溶所有可能的氮，因此氮化铬不是标准的显微结构的组分。然而，高的退火或热加工温度和焊接将会减少可以固溶氮的奥氏体。这种情况下，快速冷却会导致在铁素体相中，以及铁素体—铁素体、铁素体—奥氏体的晶界析出细的球状和针状氮化物。而对于碳化铬，慢冷或加热到650～950℃的中等温度范围，将产生晶间氮化物，这对抗腐蚀性是有害的。
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④ σ相
在所有高性能不锈钢中实际上都会形成σ相，就它对腐蚀和机械性能的影响而言，σ相或许是最重要的第二相。高铬和钼含量虽有利于它的高形成速率和潜在大的体积分数，因为高铬和钼含量具有本质的特点就使σ相的出现降为最少，成为成功地生产和加工更高合金化不锈钢的有效因素。σ相稳定化的温度上限是1050℃ 。在固溶退火的条件下，所有的高性能不锈钢种生成时不含σ相。然而，σ相在固溶退火的奥氏体不锈钢中并不罕见, 这是因为原始铸造的连铸坯或钢锭中σ相的偏析造成的。在这些高度偏析的区域，快速的沉淀动力学和高的σ相固溶温度使得在轧制产品中含有σ相成为可能。奥氏体不锈钢退火的一个目的，就是减少凝固偏析，这样可以减少σ相。双相和铁素体不锈钢不易发生凝固偏析，因此出现的任何σ相通常是在其固溶温度以下偏析的结果。偏析通常出现在铁素体—铁素体和铁素体—奥氏体晶界处。σ相的形成导致了在周围基体中铬和钼的贫化，通常结合其出现被认为是耐腐蚀性下降的原因。随着σ相在低温和很短的时间产生，这种影响是最显著的。均匀化和加工处理可以减少这种影响，以至于凝固过程中形成少量的σ相将会给锻造产品带来很少影响。σ相是一个硬而且脆的相，因此也会对塑性和韧性带来不利的影响。这些影响在铁素体和双相不锈钢中很显著，在奥氏体不锈钢中也很明显。
⑤ χ相
χ相的形成温度范围与σ相的形成温度相同并具有相同的形成动力学。它出现在铁素体和双相不锈钢中，常常与σ相共同存在，但一般数量要少得多。如果其发展到一定程度，可以根据其更短粗的结构和较高的反射率凭视力将它与σ相区分，χ相也会降低耐腐蚀性和韧性，但是这种影响难以定量，因为与σ相在一起时它是较少的相。
⑥ α′相
α′相是一种富铬相，它是造成铁素体和双相不锈钢存在的475℃ 脆化现象的主要原因。此相以非常细小、亚显微的颗粒析出附着在铁素体基体内。尽管它在光学显微镜下不能被观察到，但它的存在却常常伴随材料硬度的提高，抗腐蚀能力的丧失和韧性降低。它出现在350～550℃的温度区间内。它的形成动力学比在更高温度下的析出（σ和χ相）慢得多，因此它不可能存在于通常在焊接和退火后进行的冷却处理的组织中。然而，铁素体和双相不锈钢在使用中可能会出现严重的α′相析出脆化，因此，这些钢种的使用温度上限被限制在大约300℃以下。
3. 相析出反应的动力学
提高钢种耐腐蚀性的两个主要元素铬和钼，也参与可能存在于高性能不锈钢中的许多有害金属间相的形成。这些相的形成速率可能非常迅速，因此加工制作所需要的热处理，以及设备的热循环必须把反应动力学考虑进去以确保获得预期的腐蚀性能和机械性能。大多数的这些钢种是在综合考虑腐蚀性的最大化和有效推迟析出反应使加工顺利进行的基础上发展而来的。降低碳含量和增加镍含量会推迟很多这种析出反应。
大多数析出动力学的研究是以等温热处理和金相法以及相析出早期阶段的X射线测定为基础的。
等温处理技术可获得快的动力学转变图。另一方面，工业上常常碰到的连续冷却热循环，一般会延迟动力学。显微结构虽然是重要的，但是析出所导致的性能转变将取决于析出发生的程度和所讨论的性质。在有些情况下，一定程度的析出是允许的并仍可提供有用的性能。也有一些情况，显微组织中的析出被检测出之前性能已受到影响。
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