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、奧氏體不銹鋼中合金碳化物的(de)析出與溶解(jie)

 由于(yu)奧(ao)(ao)氏體不(bu)銹鋼中(zhong)鉻－鎳等合金元素的(de)(de)作用(yong)，使奧(ao)(ao)氏體向(xiang)馬(ma)氏體的(de)(de)轉變(bian)開始溫(wen)度(du)M.降(jiang)低到室溫(wen)以下，高溫(wen)時(shi)穩(wen)定的(de)(de)奧(ao)(ao)氏體組織能保持到室溫(wen)甚至(zhi)更低一些(xie)溫(wen)度(du)而(er)不(bu)轉變(bian)。但是，碳(tan)在奧(ao)(ao)氏體中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解度(du)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)(de)不(bu)同而(er)變(bian)化。高溫(wen)時(shi)溶(rong)解度(du)大于(yu)低溫(wen)時(shi)的(de)(de)溶(rong)解度(du)，見(jian)圖(tu)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(gu)溶化熱(re)處(chu)理(li)后，應該是奧(ao)氏體(ti)組(zu)織(zhi)。見圖(tu)3-11。

二、奧氏體不銹鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼(gang)在下列情況(kuang)，有可(ke)能出現σ相。

  1. 在產生σ相(xiang)的溫(wen)度區(qu)間（500~900℃),長時間加熱(re)。

  2. 在鉻－鎳(nie)奧氏體不銹鋼中加(jia)入了(le)形成鐵素體的元素，如鈦、鈮、鉬(mu)、硅等。

  3. 采用形成(cheng)鐵素(su)體(ti)(ti)元素(su)高的焊條(tiao)施焊的奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼焊縫中。

  4. 鑄造的(de)18-8奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)，特別是含鈦、鈮、硅元(yuan)素較高的(de)鑄造奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)中容(rong)易出現σ相，這可能與鑄造不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)成分偏析(xi)有關。

以錳、氮代鎳(nie)的鉻－錳－鎳(nie)－氮系奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼中，σ相形成(cheng)傾向更強一些。

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

 σ相(xiang)在(zai)(zai)奧氏體不銹鋼中的存在(zai)(zai)會有不利作(zuo)用。

 首先，σ相是一種硬度很(hen)高、塑性(xing)低(di)(di)的(de)金屬(shu)間相，其存在于(yu)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，特(te)別是沿晶(jing)界析(xi)(xi)出(chu)時(shi)，會對(dui)鋼(gang)的(de)塑性(xing)產(chan)生較大的(de)影響，反(fan)映在鋼(gang)的(de)沖擊韌性(xing)顯著降低(di)(di)。有(you)資(zi)料介紹，在含1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊縫中，由于(yu)σ相的(de)存在，沖擊功可(ke)由105J降至20J.σ相的(de)形成還(huan)會伴有(you)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)析(xi)(xi)出(chu)，而且析(xi)(xi)出(chu)的(de)速(su)度很(hen)快，在圖3-13中可(ke)見沿晶(jing)界析(xi)(xi)出(chu)的(de)碳(tan)化(hua)(hua)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(ge)－鎳奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中(zhong)的(de)σ相(xiang)(xiang)在加熱到(dao)高(gao)于其(qi)形(xing)成溫度(du)后，會重(zhong)新溶解。一般認為(wei)，加熱溫度(du)大(da)于920℃,之后快速冷卻，σ相(xiang)(xiang)就不會析(xi)出。在實際生產(chan)中(zhong)，采(cai)用(yong)固(gu)溶化熱處理即可達(da)到(dao)目的(de)。

三(san)、奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的δ鐵素體(ti)

奧氏體(ti)不銹鋼在某些情況下會產生δ鐵(tie)素體(ti)，即高溫鐵(tie)素體(ti)。

 1. 在鑄造的(de)(de)鉻－鎳奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)，因鑄態化學成分(fen)的(de)(de)不(bu)均勻性，在鐵素(su)體(ti)(ti)形成元(yuan)素(su)偏聚區，易生成δ鐵素(su)體(ti)(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵素(su)(su)體形成元(yuan)素(su)(su)的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)，如含鉬、硅、鈦、鈮的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中，會存在(zai)一定的(de)δ鐵素(su)(su)體。

 3. 某些奧(ao)氏體不銹鋼的焊縫組織中(zhong)，可能(neng)存在δ鐵素(su)體。見圖3-15.

 4. 奧氏體不銹鋼中的(de)δ鐵素體的(de)含(han)量(liang)還與(yu)固溶化溫(wen)度有關(guan)，見(jian)圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不(bu)銹鋼中(zhong)的存在，會(hui)產生不(bu)同的作用，有(you)些(xie)是有(you)利的，有(you)些(xie)是有(you)害的。

 有利(li)的(de)作用如下(xia)：

 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8鐵素體的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼比(bi)(bi)純奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)度(du)要高(gao)。這(zhe)是因為從屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)位(wei)錯(cuo)理論分析，鐵素體具有體心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格(ge)結構，奧(ao)氏(shi)(shi)體具有面心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格(ge)結構，而體心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格(ge)比(bi)(bi)面心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格(ge)的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)格(ge)（位(wei)錯(cuo)）阻力(li)大，即(ji)屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)度(du)高(gao)，從而使含(han)有一定量8鐵素體的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)度(du)比(bi)(bi)具有單一奧(ao)氏(shi)(shi)體組織的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強(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. 奧氏體不(bu)銹鋼焊接時，當焊縫(feng)中(zhong)有少(shao)量(liang)δ鐵素體時，可使奧氏體晶粒長大受到(dao)阻礙，打(da)亂柱狀晶方向，細化(hua)晶粒，促進雜質均勻(yun)分布，從而(er)減少(shao)焊接熱裂(lie)紋形成(cheng)的可能性。

當(dang)然，δ鐵素體的存在，有時也(ye)會有不利(li)作用。主要表現(xian)如(ru)下:

  a. 鐵素體(ti)與奧氏體(ti)電位不同，在某些條件(jian)下(xia)會增加腐蝕傾向。

  b. 兩(liang)種組織的變形能力(li)不同，在壓力(li)加工時易形成裂(lie)紋。

  c. 在(zai)高溫下(xia)長期(qi)工作后，鐵素體(ti)內會產生σ相，引(yin)起脆性及某些條件下(xia)的晶間(jian)腐蝕傾向增大。

從上面的(de)分析可見，奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中存在(zai)一(yi)定量的(de)δ鐵(tie)素體(ti)，在(zai)不(bu)同情況下的(de)作用(yong)是不(bu)同的(de)，所以，可以根據具體(ti)情況的(de)需要，通過成分和熱處理的(de)調(diao)整(zheng)，控制(zhi)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中δ鐵(tie)素體(ti)的(de)含量。

四、充分發揮奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中穩定(ding)化(hua)元素的作用(yong)

 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(gang)制(zhi)件的(de)應力及(ji)危害

  當物(wu)體受到外力(li)(li)作(zuo)用發生(sheng)變形(xing)時，其內部(bu)就會出現一種抵抗變形(xing)的力(li)(li)；物(wu)體在加熱(re)膨脹和(he)冷(leng)卻收縮過程中受到阻礙時，在內部(bu)也會產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)；材(cai)料(liao)在加熱(re)或冷(leng)卻過程中，如果有(you)組織轉變時，也會產(chan)生(sheng)相變應(ying)(ying)力(li)(li)。

 因此，奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼在制造成零部件的生產(chan)加工過程中(zhong)(zhong)，都不(bu)可避免地產(chan)生應力(li)，并殘(can)留(liu)在零部件中(zhong)(zhong)。

 鑄(zhu)(zhu)造時(shi)，由于鑄(zhu)(zhu)件形(xing)(xing)狀、各部(bu)位尺寸不(bu)(bu)同(tong)(tong)，冷卻(que)速(su)度(du)和冷卻(que)順序(xu)不(bu)(bu)同(tong)(tong)，會(hui)產(chan)生(sheng)鑄(zhu)(zhu)造應(ying)(ying)(ying)力(li)；鍛造、軋制時(shi)，會(hui)因(yin)(yin)為變形(xing)(xing)及(ji)(ji)變形(xing)(xing)量不(bu)(bu)同(tong)(tong)等原因(yin)(yin)產(chan)生(sheng)鍛造應(ying)(ying)(ying)力(li)；在機械切(qie)削加(jia)工時(shi)，因(yin)(yin)切(qie)削力(li)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)；在焊(han)接時(shi)，工件不(bu)(bu)同(tong)(tong)部(bu)位的不(bu)(bu)同(tong)(tong)時(shi)加(jia)熱、不(bu)(bu)同(tong)(tong)時(shi)冷卻(que)以及(ji)(ji)焊(han)件各部(bu)位形(xing)(xing)狀、尺寸不(bu)(bu)均勻而產(chan)生(sheng)焊(han)接應(ying)(ying)(ying)力(li)；復雜件、大型件、截面不(bu)(bu)均勻件在熱處理快速(su)加(jia)熱或(huo)冷卻(que)過程中(zhong)產(chan)生(sheng)熱應(ying)(ying)(ying)力(li)等，這些應(ying)(ying)(ying)力(li)的存在，除會(hui)引起變形(xing)(xing)外(wai)，對(dui)奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的另一個不(bu)(bu)良作用是會(hui)在某些使用環境、條(tiao)件下發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)。所(suo)以，對(dui)奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)制造的零部(bu)件應(ying)(ying)(ying)注意消除殘留應(ying)(ying)(ying)力(li)。

 具有(you)殘留應力(li)(li)的制件和金屬，由于能量提(ti)高(gao)，原子處(chu)于熱力(li)(li)學不穩定(ding)狀態，當將其加熱到(dao)一定(ding)溫度，就(jiu)會(hui)較快地恢復到(dao)平衡狀態，使應力(li)(li)得(de)以消(xiao)除。

 適當地熱(re)處理就(jiu)是減小或消(xiao)除奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)殘留應力的重要手(shou)段之一。通(tong)常叫消(xiao)除應力熱(re)處理。