1.3.1　铁素体形成元素的影响

1.3.1.1　铬对不锈钢及其焊缝性能的影响

添加铬主要是为钢提供耐腐蚀性。这对于氧化性的环境如含有硝酸的环境特别有效。添加铬后在钢的表面形成一种化学配比为（Fe，Cr）₂O₃的氧化物。因为铬和氧的亲和力远高于铁，所以铬的存在增加了这种氧化物的稳定性。铬的质量分数高于11％的钢就被认为在大气环境中是不锈的。在侵蚀性更强的环境中能稳定的氧化物则要求含有更高的铬含量。

铬是强铁素体形成元素，是使钢获得不锈性的工业可利用的唯一元素。铬使奥氏体相区缩小，在其含量约大于12％时，奥氏体相区完全消失。这就意味着含Cr12％以上的合金不发生γ→α转变，因而也不会产生晶粒细化和硬化。因此，w（Cr）大于12％的Fe-Cr系合金是全铁素体合金。而在Fe-Cr-C系或Fe-Cr-Ni-C系合金中增加铬含量将在马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢中促使铁素体的形成和残留。在铁素体系合金钢中铬是稳定铁素体组织的主要合金元素。铬也是形成金属间化合物的一种重要成分，而金属间化合物有使不锈钢脆化的倾向。

总之，铬与铁的原子半径非常接近，其电负性也相差无几，因此两者可以形成连续固溶体。铬加入铁中可使铁的临界点和组织结构（体心立方及面心立方）发生较大变化。同时由于铬在体心立方（BCC）和面心立方（FCC）晶格中都可作为置换原子，因而从力学性能的观点看铬在一定程度上可起固溶强化作用。然而在铁素体合金钢中，特别是钢中有碳和氮存在时，高的铬含量会使韧性和塑性变得很差。高铬铁素体类钢必须精心地处理或者是把碳和氮含量降得很低，以便在焊接后得到合格的力学性能。

1.3.1.2　钼对不锈钢及其焊缝性能的影响

很多不锈钢中加入钼，钼的作用因钢种不同而不同。在铁素体、奥氏体和双相不锈钢中钼可以加到6％，对于超级不锈钢，加入量可以更高，这是为了改进耐腐蚀性，特别是改进耐点蚀和耐缝隙腐蚀能力。在奥氏体不锈钢中钼也能提高高温强度，例如在18Cr-8Ni钢中加入质量分数为2％的钼可以使760℃时的高温强度提高40％。不过，钼也会有副作用，因为含钼的钢热加工会更困难。在某些马氏体不锈钢中加钼是为了形成碳化物，只加入质量分数为0.5％的钼就可以改善钢的二次硬化性能，提高室温屈服强度和抗拉强度，并改进高温性能。

像铬一样，钼也使γ相区缩小，这意味着钼促进铁素体形成，是铁素体形成元素。11.5％的铬可使γ相区完全消失，对钼而言，只需要2.9％就可使γ相区消失。钼与铁可形成金属间相，其中最重要的是含钼约45％的Laves相（Fe₂Mo），当钼量达5％时，该相就会析出。在铁铬钼合金中还能生成金属间化合物χ相（Fe₃₆Cr₁₂Mo₁₀），由于铬的存在，χ相向低钼含量移动，含铬17％时，χ相从含3％钼开始析出，当钼含量更高时，Laves相也将析出。在铁-铬系中，χ相析出区比σ相析出区的温度更高，由此可解释为什么含钼的不锈钢比不含钼的不锈钢需要更高温度的固溶退火处理。这些金属间相对含钼不锈钢和焊缝金属的韧性及抗腐蚀性是有害的。

1.3.1.3　硅对不锈钢及其焊缝性能的影响

在所有不锈钢中实际上都含有硅，加入硅主要是为了熔炼时金属的脱氧。在大多数不锈钢中其质量分数为0.3％～0.6％。有时用铝来替代硅作为脱氧剂，但在不锈钢中很少见。已经发现加入质量分数为4％～5％的硅可以改善耐腐蚀性能，而在某些耐热钢中加入质量分数为1％～3％的硅可以改善在高温时阻止形成氧化皮的能力。而硅在促使形成铁素体或者奥氏体方面的作用尚不完全清楚。在奥氏体不锈钢中质量分数为1％以下的硅含量对相平衡似乎没有作用，然而更高的含量会促使形成铁素体。在铁素体和马氏体不锈钢中硅同样能促使生成铁素体。因此，一般将硅看成是铁素体形成元素，在可相变的马氏体不锈钢中，加入硅将促进铁素体形成，这时必须控制钢的成分，避免形成单一铁素体组织而失去淬硬性。在奥氏体钢中，随着硅量的提高δ铁素体量将增加，同时金属间相（σ或χ）的形成也将加速和增多，可引起脆化。为保证得到纯奥氏体组织，在提高硅量的同时，要相应提高钢中和焊缝中的奥氏体形成元素（Ni、N等）。在含硅的奥氏体不锈钢中可存在类似M₂₃C₆的π相［M11（CN）₂］、Cr3Si（β相），由于钢中形成π相，使得σ相的析出速度变慢。所以，氮的加入对含硅的奥氏体镍-铬不锈钢有积极的作用。硅容易形成低熔点相，因此对焊缝热裂纹有较大的影响。在一次结晶成γ相的钢中，由于偏析现象，低熔点相主要在一次析出的奥氏体晶粒的晶界处形成。在焊缝金属中，一次凝固形成δ铁素体相时，硅的有害作用比一次凝固形成γ相时更大。硅作为不锈钢中的合金元素，其含量在4％～5％时可大大提高Cr-Ni奥氏体钢耐强硝酸腐蚀性能，加入量在1％～3％时可以提高抗氧化性。

另外，由于硅能改进熔融钢的流动性，因而在焊接用填充材料中硅的加入量可稍高于常规值。某些不锈钢特别是奥氏体不锈钢在熔融状态下很黏滞，因而加入硅可大大改善其流动性。

1.3.1.4　铝对不锈钢及其焊缝性能的影响

铝是铁素体形成元素，形成铁素体的能力是铬的2.5～3倍。在大多数不锈钢及其焊缝中，铝是作为脱氧剂加入的，由于含铝夹杂物增加了钢对点蚀的敏感性，故在通常情况下不采用铝作为脱氧剂。作为合金元素，在不同的钢中使用的目的不同，但铝的主要作用是时效强化和提高回火稳定性及增加二次硬化效应。