奧氏體不銹鋼的基體組織是奧氏體，在加熱和冷卻過程中不發生相變，不能通過熱處理方法調整組織和改變力學性能。所以，奧氏體不銹鋼熱處理的主要目的是提高耐腐蝕性能，消除應力，或使已經加工硬化的材料得到軟化。

一、奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)合金(jin)碳(tan)化物的析出與溶解

 由于(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中鉻－鎳(nie)等合金元素(su)的作(zuo)用，使奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)向馬氏(shi)體(ti)(ti)的轉(zhuan)(zhuan)變開始溫(wen)度(du)M.降低到室(shi)溫(wen)以下，高溫(wen)時穩定的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織能保(bao)持到室(shi)溫(wen)甚(shen)至更低一些溫(wen)度(du)而(er)不(bu)轉(zhuan)(zhuan)變。但是(shi)，碳(tan)在奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)中的溶解度(du)隨溫(wen)度(du)的不(bu)同而(er)變化。高溫(wen)時溶解度(du)大于(yu)低溫(wen)時的溶解度(du)，見(jian)圖3-9。

 從圖3-9可知，18Cr-8Ni型鋼，在1200℃時碳的溶解度約為0.34%,在1000℃時約為0.18%,而該鋼含碳量通常在0.08%以下，因此，在1000℃以上碳全部固溶于奧氏體中。而在600℃時，碳的溶解度約為0.03%,常溫時更少，所以，從較高溫度緩慢冷卻下來時，碳便會以碳化物形式析出。碳原子的原子半徑小，超過固溶極限的碳不能存在于奧氏體晶粒內，便會沿晶粒界析出，這部分碳是不穩定的，只能與周圍基體中的鉻形成穩定的碳化鉻Cr₂₃C₆保存下來。因為Cr₂₃C₆中含有一部分鐵，所以有時這種鉻的碳化物就記成（FeCr)₂₃C₆.按重量百分數計算，碳約與10倍的鉻生成碳化物，因而奧氏體晶粒界處便會由于碳與鉻的析出而在（FeCr)₂₃C₆周圍產生貧鉻區。另一方面，由于鉻的原子較大，它不能很快地通過擴散移動方式補充到貧鉻區去，使形成的貧鉻區得以保存下來。見圖3-10,由于含鉻量達不到保證耐腐蝕的程度，當材料在具有腐蝕條件的環境下，這個位置首先受到腐蝕，即沿奧氏體晶粒界處產生腐蝕。

 在實際生產中，奧氏體不銹鋼鑄件的鑄造后冷卻、鍛件的鍛后冷卻及在焊接件近焊縫的某些部位的冷卻過程中，均可有（FeCr)₂₃C₆從奧氏體中析出，使晶界處貧鉻。所以，為保證奧氏體不銹鋼制件的耐腐蝕性，特別是耐晶間腐蝕性，就要將已從奧氏體中析出，并在奧氏體晶粒界造成貧鉻現象的（FeCr)₂₃C₆重新溶解到奧氏體中去，即加熱到一定溫度后迅速冷卻下來，讓碳較穩定地保留在奧氏體中而不能析出。這就是所說的固溶化熱處理，也是奧氏體不銹鋼最主要的熱處理。

奧(ao)氏體(ti)不銹鋼固溶化熱處理后(hou)，應(ying)該(gai)是奧(ao)氏體(ti)組織。見圖3-11。

二、奧(ao)氏體不銹鋼中的(de)σ相(xiang)

奧氏體不銹鋼(gang)在下列情況，有可能(neng)出現σ相。

  1. 在產生σ相的溫(wen)度區間（500~900℃),長(chang)時間加熱。

  2. 在鉻(ge)－鎳奧(ao)氏體不銹鋼中加入了形(xing)成鐵素體的元素，如鈦(tai)、鈮、鉬、硅等。

  3. 采(cai)用形(xing)成鐵(tie)素體元素高的(de)焊(han)條施焊(han)的(de)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)焊(han)縫中。

  4. 鑄造(zao)(zao)的(de)(de)18-8奧氏體不銹(xiu)鋼，特別是含鈦(tai)、鈮、硅元素較(jiao)高的(de)(de)鑄造(zao)(zao)奧氏體不銹(xiu)鋼中容易出現σ相，這可能(neng)與鑄造(zao)(zao)不銹(xiu)鋼中的(de)(de)成分偏析有關。

以錳、氮代鎳的鉻－錳－鎳－氮系奧氏體不(bu)銹鋼中(zhong)，σ相形(xing)成傾(qing)向更(geng)強一些。

圖(tu)3-12是(shi)(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不銹鋼中的(de)σ相，圖(tu)3-13是(shi)(shi)圖(tu)3-12的(de)局部(bu)放大圖(tu)。

 σ相(xiang)在(zai)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)存在(zai)會有不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是一(yi)種硬度很(hen)高、塑(su)性(xing)低(di)的(de)(de)金屬間相(xiang)，其存在(zai)于(yu)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中(zhong)，特別是沿晶界(jie)析(xi)(xi)出時，會對鋼的(de)(de)塑(su)性(xing)產生(sheng)較大的(de)(de)影(ying)響，反映在(zai)鋼的(de)(de)沖擊韌性(xing)顯著降(jiang)低(di)。有(you)資料介紹(shao)，在(zai)含1.36%硅的(de)(de)18Cr-8Ni奧氏(shi)體(ti)不銹鋼焊縫(feng)中(zhong)，由(you)(you)于(yu)σ相(xiang)的(de)(de)存在(zai)，沖擊功可由(you)(you)105J降(jiang)至20J.σ相(xiang)的(de)(de)形成還會伴(ban)有(you)碳化物(wu)的(de)(de)析(xi)(xi)出，而且析(xi)(xi)出的(de)(de)速(su)度很(hen)快，在(zai)圖3-13中(zhong)可見沿晶界(jie)析(xi)(xi)出的(de)(de)碳化物(wu)。

 另外，由于鉻－鎳奧氏體不銹鋼中的σ相是含有較高鉻量的鉻－鐵金屬間化合物，其在晶界形成時，同樣在其周圍局部地區形成貧鉻區，會在腐蝕介質中引起晶間腐蝕，特別是在強氧化介質中，使材料的晶間腐蝕更敏感。同樣的原因，也會使材料在含Cl^-介質中的點腐蝕傾向加重。

 鉻－鎳奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼中的σ相在加(jia)熱到高于(yu)其形成溫度后(hou)，會(hui)重新溶解(jie)。一般(ban)認(ren)為，加(jia)熱溫度大于(yu)920℃,之(zhi)后(hou)快速冷卻(que)，σ相就不(bu)會(hui)析出。在實際(ji)生產中，采用固溶化熱處(chu)理即可(ke)達到目的。

三、奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的δ鐵素體(ti)

奧氏體不銹鋼在(zai)某些(xie)情況下會產(chan)生δ鐵(tie)素(su)體，即高溫鐵(tie)素(su)體。

 1. 在(zai)鑄造的(de)鉻－鎳奧氏體不銹(xiu)鋼中，因鑄態(tai)化(hua)學(xue)成分(fen)的(de)不均勻性，在(zai)鐵素(su)體形成元(yuan)素(su)偏聚區，易(yi)生成δ鐵素(su)體，見圖3-14。

 2. 含(han)有較多鐵素體形成元(yuan)素的奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼，如含(han)鉬(mu)、硅(gui)、鈦、鈮的奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼中，會(hui)存在一定的δ鐵素體。

 3. 某些(xie)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼的焊縫組織中，可能(neng)存(cun)在δ鐵素體(ti)。見圖3-15.

 4. 奧氏體不(bu)銹鋼中的(de)(de)δ鐵素體的(de)(de)含量還與固溶化溫(wen)度有關，見圖3-16.

δ鐵素(su)體在(zai)奧氏體不銹鋼中(zhong)的存(cun)在(zai)，會產生不同的作用，有些是(shi)有利的，有些是(shi)有害(hai)的。

 有利的(de)作(zuo)用如下：

 1. 奧氏體不銹鋼中存在有5%~20%的δ鐵素體時，可以減少或防止產生晶間腐蝕。因為奧氏體不銹鋼中含有鐵素體后，就產生了一部分鐵素體－奧氏體之間的界面，研究證明，這個界面（也是兩相的相界面）比奧氏體－奧氏體界面的界面能低，使（FeCr)₂₃C₆優先在鐵素體－奧氏體界面上析出，又因為鐵素體中含鉻量比奧氏體中含鉻量高，且鉻原子在鐵素體中的移動速度較快，所以，自鐵素體中移動過來的鉻原子很快補充到（FeCr)₂₃C_6，附近的貧鉻部位，使該處的鉻得以較快恢復到不會產生腐蝕的濃度，從而不易產生晶間腐蝕。也有人認為，鐵素體的存在增加了晶面和相界面的面積，這就降低了單位面積上的碳化物濃度，也是減少材料晶間腐蝕敏感性的原因。

 2. 含(han)有(you)8鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)的奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)比純奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度要高(gao)。這是因為從(cong)屈(qu)服(fu)強(qiang)度的位(wei)錯理論分析，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)具(ju)有(you)體(ti)(ti)(ti)(ti)心立(li)(li)方晶(jing)格結(jie)構(gou)，奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)具(ju)有(you)面心立(li)(li)方晶(jing)格結(jie)構(gou)，而(er)(er)體(ti)(ti)(ti)(ti)心立(li)(li)方晶(jing)格比面心立(li)(li)方晶(jing)格的晶(jing)格（位(wei)錯）阻(zu)力大(da)，即屈(qu)服(fu)強(qiang)度高(gao)，從(cong)而(er)(er)使含(han)有(you)一(yi)定量(liang)8鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)的奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度比具(ju)有(you)單一(yi)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)組織的奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度也提高(gao)了。

 3. 一定量δ鐵素體的存在，在低應力條件下（低于材料屈服強度），可以降低奧氏體不銹鋼對應力腐蝕的敏感性。這首先是因為鐵素體晶格（位錯）阻力大，晶粒滑移比奧氏體困難，同時，鐵素體還可以對奧氏體起到陰極保護作用的結果。

4. 奧氏體不銹鋼焊(han)接(jie)時，當(dang)焊(han)縫中有少量δ鐵素體時，可使奧氏體晶(jing)粒長大受到阻礙(ai)，打亂柱狀(zhuang)晶(jing)方向，細化(hua)晶(jing)粒，促進雜質均(jun)勻分(fen)布，從而減少焊(han)接(jie)熱裂紋形成的可能性。

當然(ran)，δ鐵素體的存在，有時也(ye)會有不利作用(yong)。主要表現如下:

  a. 鐵素體與奧氏體電位不(bu)同，在某(mou)些條件下(xia)會增加腐蝕傾向(xiang)。

  b. 兩種(zhong)組織的變形(xing)能力不同，在壓(ya)力加工時易形(xing)成裂紋。

  c. 在(zai)高溫下長期工(gong)作后，鐵素體內(nei)會(hui)產生σ相，引起(qi)脆性及某些條(tiao)件(jian)下的晶間腐(fu)蝕傾向(xiang)增大(da)。

從上面的(de)分(fen)析可見，奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中存(cun)在(zai)一定量(liang)的(de)δ鐵素(su)體(ti)，在(zai)不同情(qing)況(kuang)下的(de)作用是不同的(de)，所以，可以根據具體(ti)情(qing)況(kuang)的(de)需要，通過(guo)成分(fen)和熱(re)處(chu)理的(de)調(diao)整，控制(zhi)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中δ鐵素(su)體(ti)的(de)含量(liang)。

四、充分發揮(hui)奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)穩(wen)定化(hua)元素的作(zuo)用

 鈦或鈮作為穩定化元素加入奧氏體不銹鋼中，會提高其抗晶間腐蝕的能力，這是因為它們與碳的結合能力強于鉻，使鋼中的碳盡量形成TiC、NbC,減少鉻與碳結合形成（FeCr)₂₃C₆并從晶界析出的機會，使鉻能較好地存在于固溶體中，保持鉻的有效濃度，不產生貧鉻區。但是，雖然奧氏體不銹鋼中含有了足夠量的鈦或鈮，在進行固溶化處理時，在（FeCr)₂₃C₆溶解的同時，TiC,NbC也會溶解，奧氏體中飽和了大量的碳，在以后的450~800℃區間加熱時，由于鈦或鈮的原子半徑大于鉻的原子半徑，鈦或鈮比鉻擴散困難，結果還會形成大量的鉻的碳化物。可見，只進行固溶化熱處理，鈦或鈮不能充分發揮作用。經研究發現，如果把含有穩定化元素的奧氏體不銹鋼重新加熱到（FeCr)₂₃C₆能溶解，而TiC或NbC不能溶解的溫度，此時，從（FeCr)₂₃C₆分解出來的碳又會被鈦或鈮化合成TiC或NbC,從而最大限度地發揮了鈦或鈮的作用。使鉻沒有與碳結合的機會并保持在奧氏體中，這種熱處理方法就是含穩定化元素奧氏體不銹鋼的穩定化熱處理（也叫穩定化退火）。

五、奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)件的(de)應力及危害

  當物體(ti)受(shou)到外力作用發生變形時，其內(nei)部就會出現(xian)一種抵抗變形的力；物體(ti)在加熱膨脹和冷(leng)(leng)卻收縮過程中受(shou)到阻礙時，在內(nei)部也會產生應力；材(cai)料在加熱或冷(leng)(leng)卻過程中，如果有組織轉(zhuan)變時，也會產生相變應力。

 因此，奧氏體不銹鋼(gang)在制(zhi)造成零(ling)部件的生產加工(gong)過程中，都不可(ke)避免(mian)地產生應力，并殘留在零(ling)部件中。

 鑄造(zao)(zao)時，由于鑄件(jian)形(xing)(xing)(xing)狀、各部位(wei)尺寸(cun)不(bu)同，冷(leng)(leng)卻速(su)度和冷(leng)(leng)卻順序(xu)不(bu)同，會產(chan)(chan)生(sheng)鑄造(zao)(zao)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)；鍛(duan)造(zao)(zao)、軋制(zhi)時，會因(yin)為變形(xing)(xing)(xing)及變形(xing)(xing)(xing)量不(bu)同等原因(yin)產(chan)(chan)生(sheng)鍛(duan)造(zao)(zao)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)；在機械(xie)切削加工時，因(yin)切削力(li)產(chan)(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)；在焊接時，工件(jian)不(bu)同部位(wei)的(de)不(bu)同時加熱(re)、不(bu)同時冷(leng)(leng)卻以及焊件(jian)各部位(wei)形(xing)(xing)(xing)狀、尺寸(cun)不(bu)均勻而(er)產(chan)(chan)生(sheng)焊接應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)；復雜件(jian)、大(da)型件(jian)、截面不(bu)均勻件(jian)在熱(re)處理(li)快速(su)加熱(re)或冷(leng)(leng)卻過程中產(chan)(chan)生(sheng)熱(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)等，這些(xie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)存在，除會引起變形(xing)(xing)(xing)外，對奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)另一(yi)個(ge)不(bu)良作用(yong)是會在某些(xie)使(shi)用(yong)環境(jing)、條件(jian)下發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)。所以，對奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)造(zao)(zao)的(de)零部件(jian)應(ying)(ying)(ying)(ying)注意消除殘留(liu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)。

 具有殘(can)留應力的制(zhi)件(jian)和金(jin)屬，由于能量(liang)提高，原(yuan)子處(chu)于熱力學不穩定狀態，當將其加熱到一定溫度，就會較快地恢復(fu)到平衡狀態，使(shi)應力得以消除(chu)。

 適當(dang)地熱處(chu)理就是減小或消除(chu)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼殘留應力的重要手段(duan)之一(yi)。通常叫消除(chu)應力熱處(chu)理。