（13）磷的影响 图1-21所示为Fe-P二元相图和Ni-P二元相图。与硫相同的是，磷能够与不锈钢的基本元素（Fe、Cr、Ni）形成低熔点共晶。Fe-P共晶为1050℃，在含磷w_P11%处；Ni-P共晶为880℃，在含磷w_P12%处。但是，与硫不同的是，铁和镍在共晶点可以溶解较多的磷。从图1-21中可以看出，γ铁中可以溶解的磷为w_P0.25%，而镍中可以溶解的磷为w_P0.17%。这就是说，只有当磷超过这个含量，才能够出现低熔点共晶。但是，如果磷和其他低熔点相（如硫化物、硅化物、硼化物等）同时存在时，磷对热裂纹的敏感性就提高。其原因有二：其一，在Fe-P二元合金中，磷在固、液两相中的溶解度有很大不同，这导致在液态金属结晶时将产生严重的偏析；其二，磷在γ铁和α铁中的扩散系数都很低，使得偏析了的磷很难均匀化。磷在1150℃的γ铁中的溶解度为w_P0.25%，而在1050℃的α铁中的溶解度为w_P2.8%。


对于单相奥氏体不锈钢，要实现无热裂纹的焊接，焊缝金属中的硫和磷的总量应分别控制在w_P+S0.01%以下，在A+F（奥氏体+铁素体）的双相不锈钢中硫和磷应分别控制在0.015%以下。在单相奥氏体焊缝金属中可以加入稀土元素，特别是加入镧（La）,对减少硫和磷的有害影响有积极作用。为了减少硫和磷在焊缝金属中产生热裂纹的不良作用，镧最佳含量应为w_P=4.5×w_P%+8.7×w_P%。但是，如果焊缝金属的一次结晶为δ铁素体，则磷含量可达w_P0.25%，也能防止焊缝金属中产生热裂纹。从图1-21a中可以看出，磷明显缩小Fe-P二元相图γ相区，对Fe-Cr-Ni三元系也是如此。此外，铁或镍的磷化物的析出，还有沉淀硬化作用。不同合金元素的扩散系数见表1-1。
 
表1-1 α（δ）铁和γ铁中不同合金元素的扩散系数及铁的固有扩散系数

元素	α（δ）铁					γ铁
	温度T/℃					温度T/℃
	20	400	800	1100	1400	20	400	800	1100	1400
Fe	10-46	10-19	10-12	10-9	10-7	10-53	10-22	10-14	10-11	10-9
Al	-	-	10-11	10-9	10-7	10-36	10-15	10-9	10-8	-
B	-	-	-	-	-	10-20	10-9	10-6	10-5	-
C	10-17	10-8	10-5	10-4	-	10-27	10-13	10-8	10-8	-
Cr	10-42	10-18	10-11	10-9	10-7	10-37	10-18	10-13	10-11	10-9
Co	10-44	10-19	10-12	10-10	-	10-68	10-26	10-16	10-12	-
Cu	-	-	-	10-9	-	10-49	10-20	10-12	10-10	-
H	10-5	10-3	10-3	10-3	-	10-10	10-5	10-4	10-3	-
Mn	-	-	-	-	-	10-53	10-22	10-14	10-11	10-9
Mo	10-46	10-18	10-11	10-9	10-7	10-49	10-21	10-13	10-11	10-9
N	10-17	10-8	10-6	10-5	-	10-31	10-13	10-8	10-7	-
Nb	-	-	-	-	-	-	-	10-13	10-11	10-9
Ni	10-45	10-18	10-11	10-9	-	10-54	10-23	10-15	10-11	10-9
P	10-34	10-12	10-8	10-7	10-6	-	-	10-14	10-9	10-8
S	-	-	10-10	10-8	10-6	10-39	10-16	10-10	10-9	10-7
Si	10-50	10-21	10-13	10-11	10-7	10-48	10-20	10-13	10-12	10-9
Ti	10-47	10-19	10-12	10-9	10-7	10-49	10-21	10-13	10-11	10-9
V	-	-	10-12	10-9	10-7	-	-	10-14	10-11	10-9
W	10-60	10-26	10-17	10-10	-	10-68	10-30	10-20	10-16	-

 
（14）硼的影响 硼可以与铁形成低熔点共晶。在1149℃硼含量为w_B3.8%时就形成Fe-B低熔点共晶，这时硼在奥氏体中的溶解度仅为w_B0.021%，且随着温度的降低而降低。在1000℃时降为W_B0.005%，在700℃时几乎降为w_B为0。这个过程中会析出脆硬的Fe-B化合物Fe₂B。
在Ni-B二元相图中，在1140℃硼含量为w_B4%时也会形成Ni-B低熔点共晶。结晶后硼在镍中的溶解度也几乎降为w_B=0。随着镍硼元素的增加，将会形成一系列的Ni-B化合物Ni₂B、Ni₃B₂、NiB、Ni₂B₃等，从图1-22可以看出这一点。
硼与铬在w_B=3%、温度约1570℃时形成共晶。在w_B=5%时形成Cr-B化合物Cr₄B，随着硼含量的提高，还会形成其他铬硼化合物，但是，当结晶结束后，硼在铬中的溶解度也几乎降为w_B=0。
在Fe-Cr-Ni三元合金中，在1149℃形成Fe-B低熔点共晶的温度之下，其硼的溶解度肯定低于w_B=0.021%。由于硼几乎不溶于奥氏体，因此，硼都以化合物的形态存在。在17-15 Cr-Ni奥氏体不锈钢中，是以w_B=9%、w_Fe+Cr=88%、w_Ni+Mn=1.3%～2.3%的硼化合物的混合物形式存在的。这种硼化合物的混合物和奥氏体母相一起形成一种熔点约1200℃的高硬度的共晶体。由于在Fe-Cr-Ni三元合金中，形成低熔点的共晶体以及硼的溶解度很低，因此，即使硼含量很低，也存在热裂纹倾向。在试验的20中元素中，硼被认为是最容易引起热裂纹的元素。在18-10Cr-Ni三元合金中，发现了熔点约为1180℃的Fe-Cr-B的共晶体(FeCr)₂B。为避免热裂纹的产生，硼的最大含量应控制在35×10^-6（w_B=0.0035%）以下。对于铌稳定化的16-6-2Cr-Ni-Mo单相奥氏体不锈钢，硼含量大于60×10^-6才有热裂纹的产生。可是，对于热裂纹很敏感的15-25-1.25-0.26-2.2的Cr-Ni-Mo-V-Ti单相奥氏体不锈钢，硼含量低达10×10^-6才有可能避免热裂纹的产生。虽然，不同研究者对于硼含量多少才能避免热裂纹的产生有不同的结论，但这是试验条件不同引起的。可以肯定的是硼即使含量很低也会对材料的热裂敏感性产生不良影响。


(15)氧的影响 不锈钢的三个主要元素铁、铬、镍可以在各自的熔点附近溶解相当多的氧，这个氧含量在w_O=O.24%～0.60%之间。但凝固时氧的溶解度下降至万分之一的范围。在固态下，氧在钢中主要以氧化物夹杂的形式存在。但是，一般来说，钢都需要脱氧，其氧含量主要受脱氧元素的影响。图1-23a所示为在1600℃下加入不同脱氧剂后氧含量下降的情况。可见，铝的脱氧效果最好，铬的脱氧效果最差。其他的脱氧元素的脱氧产物，如MnO、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃都比钢液密度小，而浮于钢液表面，被熔渣吸附。
但是焊缝金属的情况却不相同，因为炼钢过程经历的时间较长，冶金过程通常在1600℃下保持0.1～1h，不仅氧化还原过程得以充分进行，其脱氧产物也有充分的时间分离除去。但是，电弧焊时，金属的熔化过程一般只有几秒钟。熔滴和熔池的温度很高，熔滴的温度可达2000～2600℃。由于时间很短，因此，脱氧产物难以被分离除去。电弧焊时，在2000～2100℃下快速冷却，冶金反应被“冻结”，使得焊缝金属中的氧含量较高。
虽然焊缝金属中的氧含量比钢高，但是，焊缝金属的性能却很优良。这是因为被“冻结”的脱氧产物以非常细小的非金属夹杂物存在于焊缝金属中，这种非常细小的非金属夹杂物不仅不能危害焊缝金属的性能，而且，它将成为晶核而细化晶粒。
对于一般钢种来说，采用碱性熔渣对于脱氧过程是有利的。由于减少了硅酸盐的使用，一方面，可以有利于脱氧过程，降低焊缝金属中的含氧量；另一方面，可以避免σ相的析出和可以改善抗裂性。单独用锰脱氧可以使低碳不锈钢焊缝金属中的氧含量降低到w_O=0.06%。从图1-23b中可以看出，焊缝金属中的氧含量主要受不锈钢中含量较多的铬的控制，药皮的类型（碱性或酸性）不是很重要。用钛脱氧可以将焊缝金属中的氧含量降低到w_O=0.03%～0.05%。从决定焊缝金属中的氧含量的非金属夹杂物的细化组织的作用来说，这个范围的氧含量对几乎所有的不锈钢焊接都是可以接受的。
一般来说不锈钢焊缝金属中的氧对其抗裂性能没有不利的影响。主要的脱氧剂（锰和钛）以及主要的合金元素（铬）形成的细小氧化物夹杂通常对低熔点相也没有明显的影响。


（16）氢的影响 焊缝金属中的氢来源于水分（焊条药皮、焊剂或保护气体中的水分）。氢可能引起冷裂纹，是形成冷裂纹的三要素之一。钢中的氢含量以每100g金属中氢气的毫升数来表示，即mL/100g。10mL/100g相当于氢含量为9×10^-6（w_H=0.0009%）。氢在钢中为有害元素。氢在大部分液态金属中都有较高的溶解度，在结晶过程中氢的溶解度急剧下降。由于氢是原子直径最小的元素，因此，它甚至于可以在固态的金属点阵中自由扩散。因此，它在金属中有很强的扩散能力，直至室温也能够自由扩散而逸出金属表面氢叫做“扩散氢”。利用氢的这种特性，我们可以测定金属中扩散氢含量。
图1-24给出了不同温度下在几种不同金属和合金中氢的溶解度。Fe在结晶氢中的溶解度从28mL/100g降到了8mL/100g，纯镍中氢的溶解度从38mL/100g降到了18mL/100g。在911℃时，氢在γ铁中的溶解度比在α铁中约高2mL/100g。氢在镍中的溶解度约为在铁中的两倍。温度降低，这个差异更大。氢在铬中的溶解度约为在铁中的1/2。在室温下，目前只有氢在铁中的溶解度的数据，这个数据小于0.005mL/100g。也就是说，比1000℃时在铁中的溶解度的1/1000还要小。图1-24除给出了铁、铬、镍中氢的溶解度曲线外，曲线4为氢在w_C=0.03%、w_Cr=20.3%、w_Ni=9.66%的合金中氢的溶解度曲线，曲线5为w_C=0.03%、w_Cr=12.2%氢的合金中氢的溶解度曲线。
其它合金元素对氢在铁中的溶解度也有影响。碳、硅、铬、镍可使氢在铁中的溶解度略有增加。影响最大的是锰：在400～800℃范围内，加入w_Mn=2%的锰。氢在铁中的溶解度增加1.5倍；而加入w_Mn=4%的锰，氢在铁中的溶解度增加2倍（图1-24中曲线6）。


合金元素对氢在铁中的扩散系数也有影响。在室温下，氢在铁中的扩散系数随着铬、镍、锰等合金元素含量的提高而降低。含w_Si=1.8%时，对氢在铁中的扩散系数几乎没有影响。而对于Cr-Ni奥氏体合金，氢的扩散系数急剧减小。在400℃时与单相铁素体相比，氢在奥氏体中扩散系数大约下降了2¹⁰倍。
氢对焊缝金属的影响有三：其一，过饱和的氢会增大内部压力，甚至于可达到100MPa,而使材料的塑性和韧性降低，被叫做氢脆；其二是出现气孔；其三是引起冷裂纹。
图1-25给出了不同温度处理的不同化学成分奥氏体不锈钢中δ铁素体含量对氢脆敏感性的影响。从图中可以看出，随δ铁素体含量的增加，氢脆敏感性增大。


对于奥氏体焊缝金属，氢不会造成冷裂纹。只有含有铁素体较高时（比如40%以上），或发生马氏体相变时，才有产生冷裂纹的危险。对于含铬w_Cr=13%的钢（AISI410）及低碳马氏体13-4Cr-Ni钢(AISI410NiMo钢)，才有产生冷裂纹的危险。对该钢不产生冷裂纹的门槛值为3×10^-6。