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(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中合金碳化物的析出與溶解

 由于奧氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)鉻－鎳等合金(jin)元素(su)的作用，使(shi)奧氏體向馬氏體的轉變(bian)開始溫(wen)(wen)(wen)度M.降低(di)到(dao)(dao)室溫(wen)(wen)(wen)以(yi)下，高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)穩定的奧氏體組織(zhi)能(neng)保(bao)持到(dao)(dao)室溫(wen)(wen)(wen)甚(shen)至(zhi)更(geng)低(di)一些溫(wen)(wen)(wen)度而(er)不轉變(bian)。但是(shi)，碳在奧氏體中(zhong)的溶(rong)(rong)解(jie)度隨溫(wen)(wen)(wen)度的不同而(er)變(bian)化(hua)。高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)溶(rong)(rong)解(jie)度大(da)于低(di)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)的溶(rong)(rong)解(jie)度，見圖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。

奧氏體不銹鋼(gang)固溶化熱處理后(hou)，應該是奧氏體組(zu)織。見(jian)圖3-11。

二、奧氏體(ti)不銹鋼中的(de)σ相(xiang)

奧氏體不銹鋼在下(xia)列情況，有可能(neng)出現σ相(xiang)。

  1. 在產生σ相的(de)溫度(du)區(qu)間（500~900℃),長(chang)時(shi)間加熱。

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中(zhong)加(jia)入了形成鐵素體的元素，如鈦、鈮、鉬(mu)、硅等。

  3. 采用(yong)形成鐵素(su)(su)體元素(su)(su)高的(de)焊條施焊的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)焊縫中。

  4. 鑄(zhu)造的18-8奧氏(shi)體不銹鋼(gang)，特別是含鈦、鈮、硅元(yuan)素較高的鑄(zhu)造奧氏(shi)體不銹鋼(gang)中(zhong)容易出現(xian)σ相，這可(ke)能(neng)與鑄(zhu)造不銹鋼(gang)中(zhong)的成(cheng)分偏析有關。

以錳、氮代鎳的鉻(ge)－錳－鎳－氮系奧氏體不銹鋼中，σ相形(xing)成傾向(xiang)更強一些。

圖(tu)3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的σ相(xiang)，圖(tu)3-13是(shi)圖(tu)3-12的局部放大(da)圖(tu)。

 σ相(xiang)在奧氏體不銹鋼中的存在會(hui)有不利作用。

 首先，σ相是(shi)一種(zhong)硬度(du)很高(gao)、塑性(xing)(xing)低(di)的(de)(de)金屬間相，其存在(zai)于奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼中，特別是(shi)沿晶(jing)界析(xi)(xi)出(chu)時，會(hui)對鋼的(de)(de)塑性(xing)(xing)產生較大的(de)(de)影響，反映在(zai)鋼的(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)(xing)顯(xian)著降(jiang)低(di)。有(you)資料(liao)介紹，在(zai)含(han)1.36%硅的(de)(de)18Cr-8Ni奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)縫中，由(you)于σ相的(de)(de)存在(zai)，沖擊(ji)功可由(you)105J降(jiang)至20J.σ相的(de)(de)形成(cheng)還會(hui)伴有(you)碳(tan)化物的(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)，而且析(xi)(xi)出(chu)的(de)(de)速度(du)很快(kuai)，在(zai)圖3-13中可見沿晶(jing)界析(xi)(xi)出(chu)的(de)(de)碳(tan)化物。

 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(ge)－鎳(nie)奧氏體不(bu)銹鋼中的σ相在(zai)加熱(re)到高于其形成溫(wen)度后，會重新溶解。一般認(ren)為，加熱(re)溫(wen)度大于920℃,之(zhi)后快速冷(leng)卻(que)，σ相就不(bu)會析出。在(zai)實(shi)際(ji)生(sheng)產中，采用固(gu)溶化熱(re)處理即可達到目(mu)的。

三、奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵素體(ti)

奧氏體不銹鋼在某些情況下會產生δ鐵素體，即高溫鐵素體。

 1. 在鑄造的鉻(ge)－鎳(nie)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)中，因鑄態化學成(cheng)分的不均勻性，在鐵素體(ti)形成(cheng)元素偏聚區，易(yi)生成(cheng)δ鐵素體(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較(jiao)多鐵素(su)(su)體(ti)形成元素(su)(su)的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼，如(ru)含鉬、硅、鈦、鈮的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼中(zhong)，會存在(zai)一定的(de)(de)δ鐵素(su)(su)體(ti)。

 3. 某(mou)些奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼的焊縫組(zu)織(zhi)中，可能存在δ鐵素體(ti)。見圖(tu)3-15.

 4. 奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)(de)δ鐵素體(ti)的(de)(de)含量還與固溶化溫度有關，見圖3-16.

δ鐵素(su)體在(zai)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中的(de)存在(zai)，會產生不(bu)同的(de)作用，有些是(shi)有利(li)的(de)，有些是(shi)有害(hai)的(de)。

 有利的作用如下：

 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. 含有(you)(you)8鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼比純奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼的(de)屈(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)要高(gao)。這是因為從屈(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)位錯理(li)論分析，鐵(tie)素體(ti)(ti)具有(you)(you)體(ti)(ti)心(xin)(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格結構，奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)具有(you)(you)面(mian)心(xin)(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格結構，而體(ti)(ti)心(xin)(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格比面(mian)心(xin)(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格的(de)晶(jing)格（位錯）阻(zu)力大，即屈(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)高(gao)，從而使含有(you)(you)一定量8鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼的(de)屈(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)比具有(you)(you)單(dan)一奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼的(de)屈(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)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(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼焊接時，當焊縫中有少量δ鐵素體(ti)(ti)時，可使奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)粒(li)長大受到(dao)阻礙，打亂柱狀晶(jing)方向，細化晶(jing)粒(li)，促進雜質均勻分布，從而減少焊接熱裂紋形成(cheng)的(de)可能(neng)性。

當然，δ鐵素體的存在，有時也會有不(bu)利作用。主要表現如下:

  a. 鐵素(su)體與奧氏體電位不(bu)同(tong)，在某些條件下會(hui)增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織(zhi)的變形(xing)能力不同，在壓(ya)力加(jia)工時(shi)易形(xing)成裂紋(wen)。

  c. 在(zai)高溫(wen)下(xia)長(chang)期工作后，鐵素體內會產生σ相(xiang)，引起(qi)脆性及某些(xie)條件下(xia)的(de)晶(jing)間腐蝕傾向(xiang)增大(da)。

從(cong)上面的(de)(de)分(fen)析可見，奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中存在一定量的(de)(de)δ鐵(tie)素(su)體，在不(bu)同(tong)情(qing)況下的(de)(de)作用(yong)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)(de)，所以(yi)，可以(yi)根(gen)據具(ju)體情(qing)況的(de)(de)需要(yao)，通(tong)過(guo)成分(fen)和熱處理的(de)(de)調整，控(kong)制奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中δ鐵(tie)素(su)體的(de)(de)含量。

四、充(chong)分(fen)發揮奧(ao)氏體不銹鋼(gang)中穩定化(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、奧氏體不(bu)銹鋼制件的(de)應力(li)及(ji)危害

  當物體受到(dao)外(wai)力(li)作(zuo)用發生變(bian)形(xing)(xing)時，其內部(bu)就(jiu)會出(chu)現(xian)一(yi)種抵抗變(bian)形(xing)(xing)的力(li)；物體在(zai)(zai)加熱膨脹和(he)冷卻(que)收縮過程(cheng)中受到(dao)阻礙時，在(zai)(zai)內部(bu)也會產生應力(li)；材料在(zai)(zai)加熱或(huo)冷卻(que)過程(cheng)中，如果(guo)有組織(zhi)轉變(bian)時，也會產生相變(bian)應力(li)。

 因此，奧(ao)氏(shi)體不銹鋼在(zai)制造成零(ling)部(bu)件的(de)生產加工過程(cheng)中，都(dou)不可避免地產生應力，并殘(can)留在(zai)零(ling)部(bu)件中。

 鑄(zhu)造(zao)(zao)時，由于(yu)鑄(zhu)件(jian)形(xing)(xing)狀、各部(bu)位(wei)尺(chi)寸不(bu)同(tong)，冷卻(que)速度和冷卻(que)順序不(bu)同(tong)，會(hui)產生鑄(zhu)造(zao)(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)；鍛(duan)造(zao)(zao)、軋制時，會(hui)因(yin)為(wei)變(bian)(bian)形(xing)(xing)及(ji)變(bian)(bian)形(xing)(xing)量(liang)不(bu)同(tong)等(deng)原(yuan)因(yin)產生鍛(duan)造(zao)(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)；在機械切削加(jia)(jia)工時，因(yin)切削力(li)(li)產生應(ying)(ying)力(li)(li)；在焊接(jie)(jie)時，工件(jian)不(bu)同(tong)部(bu)位(wei)的(de)不(bu)同(tong)時加(jia)(jia)熱(re)、不(bu)同(tong)時冷卻(que)以及(ji)焊件(jian)各部(bu)位(wei)形(xing)(xing)狀、尺(chi)寸不(bu)均勻(yun)而產生焊接(jie)(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)、大(da)型件(jian)、截面不(bu)均勻(yun)件(jian)在熱(re)處(chu)理(li)快速加(jia)(jia)熱(re)或冷卻(que)過程中(zhong)產生熱(re)應(ying)(ying)力(li)(li)等(deng)，這些(xie)應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)存在，除會(hui)引(yin)起變(bian)(bian)形(xing)(xing)外，對奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)另(ling)一個不(bu)良作用是(shi)會(hui)在某(mou)些(xie)使用環境(jing)、條(tiao)件(jian)下(xia)發生應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕。所以，對奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼制造(zao)(zao)的(de)零部(bu)件(jian)應(ying)(ying)注(zhu)意消除殘(can)留應(ying)(ying)力(li)(li)。

 具有殘(can)留(liu)應(ying)力的制件和(he)金屬，由于能量提高，原子處于熱力學不(bu)穩定狀態(tai)，當將其加熱到一定溫度，就會較快地恢(hui)復到平(ping)衡狀態(tai)，使應(ying)力得以消除。

 適(shi)當(dang)地熱處(chu)理就是減小或消(xiao)(xiao)除奧氏體不銹(xiu)鋼殘留應力(li)的重要手(shou)段之(zhi)一。通常叫消(xiao)(xiao)除應力(li)熱處(chu)理。