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(shi)體(ti)不銹鋼中合金碳化(hua)物的析出與溶解

 由于奧氏體(ti)(ti)不銹鋼中鉻－鎳(nie)等合(he)金(jin)元素的作用(yong)，使奧氏體(ti)(ti)向(xiang)馬氏體(ti)(ti)的轉變(bian)開始溫(wen)(wen)度(du)(du)M.降(jiang)低到室(shi)溫(wen)(wen)以(yi)下(xia)，高(gao)溫(wen)(wen)時穩定的奧氏體(ti)(ti)組織能(neng)保持(chi)到室(shi)溫(wen)(wen)甚至(zhi)更(geng)低一些溫(wen)(wen)度(du)(du)而不轉變(bian)。但是，碳在奧氏體(ti)(ti)中的溶解(jie)度(du)(du)隨(sui)溫(wen)(wen)度(du)(du)的不同而變(bian)化。高(gao)溫(wen)(wen)時溶解(jie)度(du)(du)大于低溫(wen)(wen)時的溶解(jie)度(du)(du)，見圖(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。

奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)固(gu)溶化熱處(chu)理(li)后(hou)，應該是奧氏(shi)體(ti)組織(zhi)。見圖3-11。

二、奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼在下列情況，有可能(neng)出現(xian)σ相。

  1. 在產生σ相(xiang)的(de)溫度區(qu)間（500~900℃),長時間加熱。

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中(zhong)加入了形成鐵素體的元素，如(ru)鈦、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用(yong)形成鐵素體元素高的焊(han)條施焊(han)的奧氏體不銹鋼焊(han)縫中。

  4. 鑄造(zao)的(de)(de)18-8奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)，特別(bie)是含鈦、鈮、硅元素較高的(de)(de)鑄造(zao)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)容易出現σ相，這可能與鑄造(zao)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)成分偏(pian)析(xi)有關。

以錳(meng)、氮代鎳(nie)的(de)鉻(ge)－錳(meng)－鎳(nie)－氮系奧(ao)氏體不銹鋼中，σ相(xiang)形成(cheng)傾向更強一些(xie)。

圖(tu)3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)σ相，圖(tu)3-13是(shi)圖(tu)3-12的(de)局(ju)部(bu)放大圖(tu)。

 σ相在奧氏體不銹鋼中的存在會有不利作用。

 首先，σ相(xiang)(xiang)是(shi)一種硬度很(hen)高、塑性低的(de)(de)金屬間相(xiang)(xiang)，其存在(zai)于奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，特(te)別是(shi)沿晶界析(xi)出(chu)時，會(hui)對鋼(gang)的(de)(de)塑性產生較(jiao)大的(de)(de)影(ying)響，反映在(zai)鋼(gang)的(de)(de)沖擊(ji)韌性顯著降(jiang)低。有(you)資料介紹，在(zai)含(han)1.36%硅的(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊縫中，由于σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)存在(zai)，沖擊(ji)功可(ke)由105J降(jiang)至20J.σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形成(cheng)還(huan)會(hui)伴有(you)碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)(de)析(xi)出(chu)，而(er)且析(xi)出(chu)的(de)(de)速(su)度很(hen)快，在(zai)圖(tu)3-13中可(ke)見(jian)沿晶界析(xi)出(chu)的(de)(de)碳(tan)化(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)－鎳奧氏體(ti)不銹鋼中的(de)(de)σ相在(zai)加熱(re)到高(gao)于(yu)其形(xing)成溫度(du)后，會重新溶解。一般(ban)認為，加熱(re)溫度(du)大于(yu)920℃,之后快(kuai)速冷(leng)卻，σ相就不會析(xi)出。在(zai)實際生產中，采用(yong)固溶化熱(re)處理即可達到目的(de)(de)。

三(san)、奧氏體不銹鋼(gang)中(zhong)的δ鐵(tie)素體

奧氏體(ti)不銹鋼在(zai)某(mou)些情況下會(hui)產(chan)生δ鐵素(su)體(ti)，即高溫鐵素(su)體(ti)。

 1. 在鑄造(zao)的鉻－鎳(nie)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼中，因(yin)鑄態化學成分的不均勻性，在鐵素體(ti)形成元(yuan)素偏(pian)聚區，易生成δ鐵素體(ti)，見(jian)圖(tu)3-14。

 2. 含有較多鐵素體形成(cheng)元(yuan)素的奧氏體不銹(xiu)鋼，如含鉬(mu)、硅、鈦、鈮的奧氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)，會存在一定(ding)的δ鐵素體。

 3. 某些(xie)奧氏體不銹鋼(gang)的焊縫(feng)組織中，可能存在(zai)δ鐵素(su)體。見圖3-15.

 4. 奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵素體(ti)的含量還與固溶化溫度有關，見圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不銹鋼(gang)中的(de)(de)存在，會產生不同的(de)(de)作用，有(you)(you)些(xie)是有(you)(you)利的(de)(de)，有(you)(you)些(xie)是有(you)(you)害的(de)(de)。

 有利的(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(you)8鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)比純奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)要高。這是因為(wei)從(cong)屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)的位(wei)錯(cuo)理(li)論分析(xi)，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)具(ju)有(you)體(ti)(ti)心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格結(jie)構(gou)，奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)具(ju)有(you)面(mian)(mian)心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格結(jie)構(gou)，而(er)體(ti)(ti)心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格比面(mian)(mian)心(xin)立方(fang)晶(jing)(jing)格的晶(jing)(jing)格（位(wei)錯(cuo)）阻力(li)大，即屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)高，從(cong)而(er)使含(han)有(you)一定(ding)量8鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)比具(ju)有(you)單一奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)組織的奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)也提高了(le)。

 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(ti)不銹(xiu)鋼(gang)焊接時(shi)，當(dang)焊縫(feng)中有少(shao)量δ鐵素(su)體(ti)時(shi)，可(ke)使奧氏體(ti)晶(jing)粒長大受到(dao)阻礙，打亂柱狀晶(jing)方向(xiang)，細化晶(jing)粒，促進(jin)雜質(zhi)均勻(yun)分布，從而減少(shao)焊接熱裂紋形成(cheng)的可(ke)能性。

當然，δ鐵素(su)體的存在，有時(shi)也會有不(bu)利作用。主要表(biao)現如下:

  a. 鐵(tie)素體(ti)與(yu)奧氏體(ti)電位不(bu)同，在某些(xie)條件下會增加(jia)腐(fu)蝕傾(qing)向。

  b. 兩(liang)種組織的變形(xing)能力(li)不同，在壓力(li)加工(gong)時易形(xing)成裂紋。

  c. 在高溫下長(chang)期工作后，鐵(tie)素體內(nei)會(hui)產生σ相，引起脆性(xing)及某些(xie)條件下的晶間腐蝕傾向(xiang)增大(da)。

從上面的分析可(ke)見(jian)，奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)存在一定量(liang)的δ鐵素體(ti)，在不(bu)(bu)同情(qing)況(kuang)下的作用是(shi)不(bu)(bu)同的，所以，可(ke)以根據具體(ti)情(qing)況(kuang)的需要，通過成分和熱(re)處理的調(diao)整(zheng)，控制奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)δ鐵素體(ti)的含量(liang)。

四、充分發揮奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中穩定(ding)化元素的作(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(ti)不(bu)銹鋼(gang)制件的應力及危害(hai)

  當(dang)物體(ti)受到(dao)外力作用(yong)發生變形時(shi)(shi)，其內部就會出現(xian)一種(zhong)抵抗變形的力；物體(ti)在(zai)加熱膨脹和(he)冷卻(que)收縮過(guo)程中受到(dao)阻礙(ai)時(shi)(shi)，在(zai)內部也(ye)會產(chan)生應力；材料在(zai)加熱或冷卻(que)過(guo)程中，如(ru)果有(you)組(zu)織轉變時(shi)(shi)，也(ye)會產(chan)生相(xiang)變應力。

 因此，奧(ao)氏體不(bu)銹鋼在制造成零(ling)部(bu)(bu)件的生(sheng)產加工過程(cheng)中(zhong)，都不(bu)可避免地產生(sheng)應(ying)力，并殘(can)留在零(ling)部(bu)(bu)件中(zhong)。

 鑄(zhu)造(zao)時(shi)，由于鑄(zhu)件形(xing)(xing)(xing)狀、各部位(wei)尺寸不(bu)同(tong)，冷卻速度和冷卻順序不(bu)同(tong)，會產(chan)生鑄(zhu)造(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)；鍛(duan)造(zao)、軋制時(shi)，會因(yin)為變形(xing)(xing)(xing)及變形(xing)(xing)(xing)量不(bu)同(tong)等(deng)原(yuan)因(yin)產(chan)生鍛(duan)造(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)；在(zai)機械切削加工(gong)時(shi)，因(yin)切削力(li)(li)(li)(li)產(chan)生應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)；在(zai)焊接(jie)(jie)時(shi)，工(gong)件不(bu)同(tong)部位(wei)的不(bu)同(tong)時(shi)加熱、不(bu)同(tong)時(shi)冷卻以及焊件各部位(wei)形(xing)(xing)(xing)狀、尺寸不(bu)均(jun)勻而產(chan)生焊接(jie)(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)；復(fu)雜件、大型件、截面(mian)不(bu)均(jun)勻件在(zai)熱處理快速加熱或(huo)冷卻過(guo)程中(zhong)產(chan)生熱應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)等(deng)，這(zhe)些應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的存在(zai)，除(chu)會引起變形(xing)(xing)(xing)外，對奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的另一個不(bu)良作用(yong)是會在(zai)某(mou)些使用(yong)環(huan)境、條件下發生應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)。所以，對奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼制造(zao)的零部件應(ying)(ying)注意消(xiao)除(chu)殘留應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。

 具(ju)有殘留應力(li)(li)的(de)制件和金屬(shu)，由于能量提(ti)高(gao)，原子(zi)處(chu)于熱(re)力(li)(li)學(xue)不(bu)穩定(ding)狀(zhuang)態，當(dang)將其加(jia)熱(re)到(dao)一定(ding)溫度(du)，就會較快(kuai)地恢復(fu)到(dao)平衡狀(zhuang)態，使應力(li)(li)得以消除。

 適當地熱處(chu)理就是減(jian)小或消除奧氏體不銹鋼殘留應(ying)力(li)的重要(yao)手段之一(yi)。通常叫消除應(ying)力(li)熱處(chu)理。