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不锈钢含有铁，铬，锰，硅，碳，并且在许多情况下含有大量的镍和钼等化学成分。这些元素与来自水和空气的氧气反应形成非常薄的稳定的薄膜，其由诸如金属氧化物和氢氧化物的腐蚀产物组成。铬在与氧反应形成该腐蚀产物薄膜中起主导作用。 事实上，根据定义，所有不锈钢板含有至少10％的铬。
不锈钢由于其合金元素与环境之间的相互作用而保持不锈钢或不生锈。稳定的薄膜的存在通过充当阻挡氧气和水进入下面的金属表面的屏障而防止了额外的腐蚀。因为薄膜形成如此容易和紧密，即使只有少数原子层也将腐蚀速率降低到非常低的水平。如果没有现代仪器的帮助，薄膜比光的波长薄得多，这一事实很难看出。因此，虽然钢在原子水平上被腐蚀，但它看起来是不锈钢。
多年来（大约80年代）人们都知道，向钢铁中添加铬和镍（镍不是必需的但铬是必需的）会使钢不生锈（就是不锈钢）。钢中的铬形成一层非常薄的氧化物，可防止铁生锈。类似的机制适用于铝。当铝暴露在空气和水中时，形成薄的，不可见的氧化物涂层，防止进一步腐蚀。生锈是铁在水存在下被氧化成铁氧化物和氢氧化物的混合物的过程。
相反，普通便宜的钢与来自水的氧反应形成相对不稳定的氧化铁/氢氧化物膜，其随着时间的推移而继续生长并暴露于水和空气中。因此，这种薄膜，也称为生锈，达到足够的厚度，使其在暴露于水和空气后很快就能观察到。
总之，不锈钢不会生锈，因为它具有足够的活性以通过形成被动腐蚀产品层来保护自身免受进一步的侵蚀。（其他重要的金属，如钛和铝也依赖于钝化膜的耐腐蚀性。）由于其耐用性和美观性，不锈钢被用于各种领域，从餐具到银行金库到厨房水槽。
这类钢是50年代后期发展和应用的新型不锈钢，它们总的特点是强度高（C可达100一150）及热强性好，但由于含铬量较低并在热处理时有碳化铬析出，因此耐腐蚀性能比标准的奥氏体不锈钢要低一些。也可以说这类钢的高强度是在牺牲一部分耐腐蚀性能与其他性能（如非磁性）的情况下获得的，目前这类钢主要用于航空工业及火箭导弹生产方面，一般机械制造中应用尚不普遍，并且在分类上也有把它们纳为超高强度钢的一个系列。
总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.1~0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1~0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。
奥氏钵－马氏体钢这类钢的Ms点低于室温，固溶处理以后为奥氏体组织，易于成形和焊接。通常可用两种工艺方法使之发生马氏体转变。一是固溶处理以后经700~800度加热，奥氏体因析出碳化铬而转变为介稳定状态，Ms点升高至室温以上，冷却时转变为马氏体；二是固溶处理以后直接冷却至Ms与Mf点之间，使奥氏体转变为马氏体。后一方法可获得较高的耐腐蚀性能，但固溶处理以后至深冷的间隔时间不宜过久，否则会因奥氏体的陈化稳定作用而使深冷的强化效应降低。经上述处理以后钢再经400~500度时效，使析出金属间化合物进—步强化。这类钢的典型钢号有17Cr一7Ni一A1、15Cr－9Ni－A1,17Cr—5Ni－Mo、15Cr-8Ni－Mo一A1等等。这类钢也称为奥氏体－马氏体时效不锈钢，并因为实际上这些钢的组织中除奥氏体和马氏体以外，还存在不同数量的铁素体，故也称为半奥氏体沉淀硬化不锈钢。