除了碳化物和氮化物析出之外，不锈钢焊缝金属中还会有金属间化合物相的析出。一般来说，焊缝金属中的金属间化合物相与母材中的金属间化合物相在晶体结构上是不同的。金属间化合物相的析出对韧性和抗晶间腐蚀的能力都是不利的。不锈钢的工作温度如果与金属间化合物相的析出温度相吻合，将引起材料的脆化，尤其是蠕变强度的下降，将减少其使用寿命。
（1）奥氏体不锈钢及其焊缝金属中σ相的析出  在不锈钢中，σ相是一种四角形晶体结构的铁-铬化合物。在铁-铬二元系中，σ相大约含铬w_Cr47%。σ相的析出将使材料的韧性降低，硬度增加，有时还降低材料的耐腐蚀性。如图1-1所示，σ相在低于820℃时开始析出，随着温度的降低，析出的合金成分越来越大。在不锈钢中，σ相通常在铬含量达到w_Cr16%以上就会析出。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相还可以包括Mo、Mn、Ni、Si、Ti和P等其他合金元素。对48Cr-52Fe的钢中σ相转变最快，在约770℃开始转变是在60min后，从开始转变到转变结束所需要的时间很长，可达10～1000h。
不锈钢中的合金元素对σ相的析出有影响。在816℃和1000h的条件下，研究了不含碳和氮的Fe-Cr-Ni合金中合金元素对σ相和χ相析出的影响，统计出816℃下材料脆化的铬当量Cr_Aqu:
Cr_Aqu(质量分数，%)=Cr+0.31Mn+1.76Mo+1.70Nb+1.58Si+2.44Ti+1.22Ta
+2.02V+0.97W-0.266Ni-0.177Co   （1-7）
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。
对于含有稳定化元素钛和铌的钢，由于碳以钛和铌的碳化物的形式被固定而失去自由，所以，这类钢中碳减缓σ相析出的作用很小，而且稳定化的钢还具有较高的脆化倾向。在含碳量低于w_C0.03%时也有类似的特点，这时，碳对σ相的影响较小。
图1-51所示为固溶退火和淬火的不锈钢及其焊缝金属中σ相析出的TTP图。从图中可以看出，与固溶退火的单相奥氏体不锈钢19Cr-9Ni钢（AISI304）(图1-51b)相比，24Cr-13Ni钢（AISI309S）（图1-51c）更容易析出σ相。其原因主要是铬含量高、碳含量低、组织中含有体积分数为15%的δ铁素体（因为铬在δ铁素体组织中扩散速度较快）。而对于25Cr-22Ni钢（AISI304）(图1-51d),由于镍含量提高，而且它又是单相奥氏体组织，因此，使得σ相的析出放缓。


氮与碳的作用相似，也能延缓σ相的析出（图1-51e）。但氮的作用比碳强，使得σ相的析出更加困难，因为氮比碳在奥氏体中的溶解度大，如图1-9所示。钼和硅都是促进σ相转变的合金元素，它们使σ相区向低铬高温方向移动，即向左上方移动。
钛和铌也能促进σ相的析出，但只有当它们的含量超过稳定化比例（w_Ti＞5w_C,w_Nb＞10w_C）时，才会对σ相的析出产生影响。另外，由于钛和铌与碳结合为碳化物，间接地加速了σ相的析出。经稳定化处理的奥氏体不锈钢和超低碳钢一样，可以减缓σ相的析出。
很显然，铁素体不锈钢中σ相的析出比奥氏体不锈钢容易（图1-52f）,而且，加钼后σ相的析出更容易。铁素体不锈钢中σ相的析出只有在铁素体基体中碳化物析出后才会开始，这时铁素体基体中已经没有碳。
对于奥氏体-铁素体双相不锈钢，由于铬含量比较高，而且碳含量低，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。双相不锈钢含有体积分数为1%的σ相，冲击值就会降低50%，含有体积分数为10%的σ相，材料就完全脆化。
电弧焊时，由于冷却速度很快，奥氏体-铁素体双相不锈钢的热影响区和焊缝金属中一般不会析出σ相（图1-51g），也不容易形成粗大晶粒，因此，韧性不会有大的下降。
（3）焊缝金属中σ相的析出。
1）奥氏体焊缝金属中σ相的析出。为了提高焊缝金属的抗热裂纹性能，一般来说，并没有纯奥氏体的焊缝金属，而是含有少量（约体积分数为5%～10%）δ铁素体的焊缝金属。因此，它的σ相析出行为与单相奥氏体不锈钢不同。这种焊缝金属析出σ相的示意图如图1-52所示。


焊缝金属中的奥氏体会先析出M₂₃C₆碳化物，而后析出σ相。而其中的δ铁素体也会先析出M₂₃C₆碳化物，而后析出σ相。由于σ相含铬高，所以，δ铁素体中就会出现铬含量降低镍含量提高，从而析出二次奥氏体。最后，焊缝金属含有四种组织：奥氏体、δ铁素体、M₂₃C₆碳化物和σ相。σ相是非铁磁性的，是由δ铁素体转变而来的，可以通过用磁性铁素体测定仪检测其含量。事实上，在较低δ铁素体体积分数（约5%～10%）的焊缝金属中，奥氏体中析出σ相需要很长时间，只有在600～900℃之下进行热处理，σ相才能够从δ铁素体中析出σ相，而从奥氏体中很难析出σ相。所以，这种焊缝金属中的σ相可以被认为只是由δ铁素体中析出来的。
热处理过程中焊缝金属的脆化（冲击吸收功的减少）取决于焊缝金属的化学成分、δ铁素体含量、加热温度和保温时间。图1-53即为奥氏体不锈钢焊缝金属在550～1100℃下经10h退火后空冷时析出的σ相对δ铁素体转变和脆化的影响。图1-53a所示为未经稳定化处理焊缝金属（曲线1和曲线2）和经过铌稳定化处理的焊缝金属（曲线3和曲线4）的情况。其化学成分和δ铁素体含量见表1-5。而表1-6所示为表1-5中经电子探针显微分析确定的1～4号焊缝金属中δ铁素体和奥氏体中铬和镍的含量。很明显，与焊缝金属的平均含量相比，δ铁素体富铬贫镍；而奥氏体则富镍贫铬。又此图还可以看出，在600～900℃温度范围内经10h退火后，从δ铁素体中析出的σ相使韧性下降，而对含铌的焊缝金属（曲线3和曲线4）的韧性降低更大。1号和2号（曲线1和曲线2）比较可以看出，2号含铬较低，因而δ铁素体含量较低，因此，σ相析出也较少，所以。韧性降低也少。图1-53b所示为含δ铁素体（曲线5和曲线6）和单相奥氏体（曲线7和曲线8）加钼后σ相析出的情况。可以看到，加钼之后，σ相的析出范围向高温区扩展。所以，含钼的奥氏体不锈钢和焊缝金属的固溶处理的温度应当比不含钼的奥氏体不锈钢和焊缝金属要高。铬含量和δ铁素体含量最高的6号焊缝金属表现出最严重的脆化。而无δ铁素体的单相奥氏体焊缝金属（7号），虽然也含有Mo,可是并没有脆化倾向。但是，如8号焊缝金属表明的那样，当含钼量增加后，虽然仍为单相奥氏体，但由于含钼的金属间化合物相的析出仍然导致严重的脆化。
 
P40 表1-5 图1-49中焊缝金属化学成分（质量分数）和δ铁素体含量   （%）

编号	AWS分类	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	N	Nb	其他	δ铁素体含量 （体积分数）
1	E308L	0.027	0.74	1.71	20.07	10.02	-	0.047	-	-	10
2	E308L	0.028	0.65	1.73	19.92	12.67	-	0.056	-	-	3
3	E347L	0.033	0.62	1.68	19.90	10.10	-	0.045	0.55	-	8
4	E347L	0.035	0.85	1.58	18.03	9.02	-	0.052	0.055	-	7
5	E306L	0.032	0.76	0.75	19.22	12.32	2.49	0.043	-	-	17
6	E309MoL	0.018	0.90	0.75	22.50	11.83	2.50	0.059	-	-	23
7	-	0.038	0.25	4.50	18.45	15.52	2.20	0.047	-	-	0
8	-	0.031	0.38	5.02	19.37	24066	6.44	0.150	-	1.48Cu	0

 
 
 
 
表1-6  表1-5焊缝金属1～4中δ铁素体体积分数和奥氏体中铬和镍的（质量分数）（%）

焊缝金属编号	δ铁素体的体积分数（%）	焊缝金属平均元素的质量分数		δ铁素体中元素的质量分数		奥氏体中元素的质量分数
		Cr	Ni	Cr	Ni	Cr	Ni
1	10	20.07	10.02	23.60	6.4	19.90	10.06
2	3	19.92	12.67	23.60	8.8	19.80	13.10
3	8	19.90	10.10	23.80	6.3	19.80	11.20
4	7	18.03	9.02	22.10	6.1	17.80	10.00

 
2）奥氏体-铁素体双相不锈钢焊缝金属中σ相的析出。对于含铬在w_Cr22%～25%的低碳奥氏体-铁素体不锈钢焊缝金属中，由于铬含量很高，具有很强的σ相的析出倾向。为了提高韧性，焊缝金属的化学成分应当比母材含有更多的镍，也可以加入氮，以使焊缝金属中的δ铁素体降低到25%～40%。
3）铁素体不锈钢焊缝金属中σ相的析出。对于含铬量较低的13铬-4镍的低碳马氏体钢焊缝金属中，由于铬含量较低，实际上没有σ相析出。含铬-钼为w_Cr17%-w_Mo1%～2%的焊缝金属中，σ相析出也不容易，只有在700℃下保温100h以上才有σ相析出。对于纯铁素体不锈钢焊缝金属中σ相的析出，与同其化学成分相同的钢相似。


（4）铬-镍-钼不锈钢和焊缝金属中金属化合物相的析出 从图1-12中可以看出，在铁-钼二元相图中，当钼含量在w_Mo45%～55%之间会出现三种金属间化合物相：σ相、Laves相（分子式为Fe₂Mo,又叫η相）及χ相（Fe36Cr12Mo10）。在铬-镍-钼不锈钢和焊缝金属中这三种金属间化合物相都可能出现。但是，这些相的析出受碳和氮的影响。金属间化合物相不能够溶解这些元素，这些相就延缓析出、甚至于不能够析出；金属间化合物相能够溶解的元素，这些相就容易析出。上述这三种金属间化合物相（σ相、Laves相及χ相）都不能够溶解氮，因此，钢中氮将延缓析出，甚至于不能够析出这些金属间化合物相。因为，首先要使溶解在基体中的元素形成碳化物、氮化物或碳氮化物析出之后，才能析出金属间化合物相。所以，钢中的氮将延缓、甚至于终止析出这些金属间化合物相。而碳可以溶入χ相，因此，碳有利于χ相的析出；碳不能溶入σ相、Laves相，所以碳将延缓析出、甚至于不能够析出σ相、Laves相。如果在铬-镍-钼不锈钢和焊缝金属中含有足够的碳和氮，那么，所有这三种金属间化合物相（σ相、Laves相及χ相）的析出都将延缓、甚至于终止。只有M₂₃C₆碳化物可以溶解碳和氮，因此，碳和氮也只能加快M₂₃C₆碳化物的析出。钛和铌的存在，由于易于形成钛和铌的碳化物，所以，削弱了碳对金属间化合物相析出的抑制作用。图1-54为含钼w2～5%的奥氏体铬-镍不锈钢固溶化淬火后TTP图，化学成分见表1-7。表1-8为图1-54中（c）号钢析出金属间化合物相的化学成分（由X射线能谱分析所得的数据）。金属间化合物相的化学成分受母材化学成分及加热温度和保温时间的影响，所以，表1-8只是含钼相合金元素的近似值。
图1-54a表明，其析出相按析出的先后，依次为M₂₃C₆碳化物相、χ相、Laves相、最后是σ相。图1-54b的化学成分与图1-54a相同，但提高了固溶温度（1260℃）。因此出现了δ铁素体，M₂₃C₆碳化物相在δ铁素体中的析出比奥氏体快。而其他金属间化合物相的析出与图1-54a相近。
图1-54c的化学成分中的碳含量降低，钼含量增加，这两个因素都使金属间相的析出加快。由于为单相奥氏体，因此，M₂₃C₆碳化物相的析出也慢了。在316钢的TIG焊接中可能会出现χ相，这是由于严重偏析引起共晶δ铁素体中钼含量过高，χ相在一次δ铁素体和一次奥氏体凝固界面上形成的。
图1-54d是将钼含量增加到w_Mo5%时，金属间化合物相析出都加快了。
图1-54e的化学成分与图1-54d相似，只是氮含量增加了。氮含量增加，一方面，使之变为单相奥氏体，没有了δ铁素体，使得金属间化合物相的析出延缓；另一方面，由于氮含量的增加，也使得金属间化合物相的析出延缓。所以，金属间化合物相的析出比图1-54d延缓了。
 
P42 表1-7 图1-54中对应钢的化学成分（质量分数）  （%）

编号	分类	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	N
1	316	0.05	0.48	1.21	17.12	2.07	11.56	-
2	316	0.066	0.21	1.57	17.40	2.05	12.30	-
3	316L	0.023	0.43	1.74	17.30	2.66	13.10	-
4	-	0.048	0.64	0.80	16.80	4.89	13.55	0.039
5	-	0.050	0.49	0.67	17.05	4.73	13.45	0.145
6	-	0.048～0.050	0.47～0.64	0.67～0.80	16.80～17.25	4.69～4.89	13.35～13.55	0.039～0.247

 
表1-8 图1-49中钢析出含钼相的化学成分（质量分数）  （%）

含钼相	Fe	Cr	Ni	Mo
M23C6	18	63	5	14
σ相	55	29	5	11
χ相	52	21	5	22
Laves相	38	11	6	45
钢平均化学成分	64	17.3	13.1	2.66

 
图1-54f中可以清楚地看到，氮含量增加能够明显地延缓χ相的析出，氮含量增加到w0.247%，已经完全抑制了χ相的析出。从图1-54整体来看，在含钼的铬-镍奥氏体不锈钢中只有添加氮可能抑制金属间化合物相的析出。
对于铁素体不锈钢或者含钼的铁素体-奥氏体不锈钢，其焊缝金属的性能主要由M₂₃C₆碳化物相和σ相的析出所决定的，有时也受χ相影响。