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(bu)銹鋼中合金碳化物的析(xi)出與溶解

 由于奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼中(zhong)鉻(ge)－鎳等合(he)金(jin)元素的(de)作(zuo)用，使奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)向馬氏(shi)體(ti)(ti)的(de)轉變開始溫(wen)度(du)M.降低(di)到(dao)(dao)室(shi)溫(wen)以下(xia)，高溫(wen)時穩定的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織能(neng)保(bao)持到(dao)(dao)室(shi)溫(wen)甚至(zhi)更低(di)一(yi)些溫(wen)度(du)而不轉變。但是，碳在奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)隨溫(wen)度(du)的(de)不同而變化。高溫(wen)時溶(rong)解(jie)度(du)大于低(di)溫(wen)時的(de)溶(rong)解(jie)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。

奧氏體(ti)不銹鋼固溶化熱處理(li)后，應該是奧氏體(ti)組(zu)織。見圖3-11。

二(er)、奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)的σ相(xiang)

奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)在(zai)下列(lie)情況(kuang)，有可能出(chu)現(xian)σ相。

  1. 在產生σ相的溫度(du)區(qu)間(jian)（500~900℃),長時(shi)間(jian)加(jia)熱。

  2. 在鉻(ge)－鎳奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中加入(ru)了形成鐵素體(ti)的元素，如鈦、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用形成(cheng)鐵素體元素高的焊條(tiao)施焊的奧氏體不銹鋼焊縫(feng)中。

  4. 鑄(zhu)(zhu)造(zao)的(de)18-8奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼，特別是含鈦、鈮(ni)、硅(gui)元(yuan)素較高的(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼中容(rong)易出現σ相，這(zhe)可能與鑄(zhu)(zhu)造(zao)不銹(xiu)鋼中的(de)成(cheng)分偏析有關。

以錳、氮(dan)代鎳(nie)的鉻－錳－鎳(nie)－氮(dan)系(xi)奧氏體(ti)不銹鋼中(zhong)，σ相形成傾向更強一(yi)些。

圖3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)的σ相，圖3-13是圖3-12的局(ju)部(bu)放(fang)大圖。

 σ相在奧氏體不(bu)銹鋼中的存在會有不(bu)利作用(yong)。

 首先(xian)，σ相(xiang)是(shi)一種硬(ying)度很(hen)(hen)高、塑(su)性低的(de)(de)金屬間相(xiang)，其(qi)存在(zai)于奧(ao)(ao)氏體不銹鋼中，特別是(shi)沿晶界析出時，會對(dui)鋼的(de)(de)塑(su)性產生較大(da)的(de)(de)影響，反映在(zai)鋼的(de)(de)沖(chong)擊韌性顯著降低。有(you)資料介紹(shao)，在(zai)含(han)1.36%硅(gui)的(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)(ao)氏體不銹鋼焊縫中，由于σ相(xiang)的(de)(de)存在(zai)，沖(chong)擊功(gong)可由105J降至20J.σ相(xiang)的(de)(de)形成還會伴有(you)碳化(hua)物(wu)的(de)(de)析出，而(er)且(qie)析出的(de)(de)速度很(hen)(hen)快(kuai)，在(zai)圖3-13中可見沿晶界析出的(de)(de)碳化(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)－鎳奧氏體不(bu)銹鋼中的(de)σ相(xiang)在(zai)(zai)加(jia)熱(re)(re)到高于其形成溫(wen)度(du)后(hou)，會(hui)重新溶解。一(yi)般認為，加(jia)熱(re)(re)溫(wen)度(du)大于920℃,之后(hou)快速(su)冷卻，σ相(xiang)就不(bu)會(hui)析出。在(zai)(zai)實際(ji)生產中，采用固溶化熱(re)(re)處理即可達(da)到目的(de)。

三、奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)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(wen)鐵素體。

 1. 在鑄(zhu)造的鉻(ge)－鎳(nie)奧氏體不銹鋼中(zhong)，因鑄(zhu)態化(hua)學成(cheng)分的不均勻性，在鐵素(su)體形成(cheng)元素(su)偏聚(ju)區，易生成(cheng)δ鐵素(su)體，見(jian)圖3-14。

 2. 含有較多鐵素體形成元素的奧氏(shi)體不(bu)銹鋼，如含鉬、硅、鈦、鈮的奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)，會存在一定(ding)的δ鐵素體。

 3. 某些奧氏體不銹鋼(gang)的焊縫組織中(zhong)，可能存在δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵素體(ti)的含量還與(yu)固溶化溫(wen)度有(you)關，見圖3-16.

δ鐵素(su)體在奧氏(shi)體不銹鋼(gang)中的(de)存在，會產生不同的(de)作用，有(you)些是(shi)有(you)利的(de)，有(you)些是(shi)有(you)害的(de)。

 有利的(de)作(zuo)用(yong)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. 含有8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)比純奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)要(yao)高。這是因為(wei)從(cong)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)的位(wei)錯理論分(fen)析(xi)，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)具有體(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格結構，奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)具有面(mian)心立(li)方(fang)晶格結構，而(er)體(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格比面(mian)心立(li)方(fang)晶格的晶格（位(wei)錯）阻(zu)力(li)大(da)，即(ji)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)高，從(cong)而(er)使含有一定量(liang)8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)比具有單一奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)也提高了。

 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(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼焊(han)接時(shi)，當焊(han)縫中有(you)少量δ鐵(tie)素體(ti)(ti)時(shi)，可使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒長大受到阻礙，打亂柱狀晶方向(xiang)，細化晶粒，促(cu)進雜(za)質(zhi)均勻分(fen)布(bu)，從(cong)而減少焊(han)接熱(re)裂(lie)紋形(xing)成的可能性(xing)。

當然，δ鐵素體的存在(zai)，有時也會有不(bu)利作用。主要表現如(ru)下:

  a. 鐵素體(ti)與奧氏(shi)體(ti)電位不同(tong)，在某些條件下會增加腐(fu)蝕傾(qing)向(xiang)。

  b. 兩種(zhong)組織(zhi)的變(bian)形能力不同，在壓力加工(gong)時易形成裂紋。

  c. 在高溫下(xia)長期工(gong)作(zuo)后，鐵素體(ti)內(nei)會產生(sheng)σ相，引起(qi)脆性及某(mou)些條件下(xia)的晶間腐蝕傾向增大。

從(cong)上面的分析(xi)可見，奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)存(cun)在一定量的δ鐵素體，在不(bu)同情況下的作用是(shi)不(bu)同的，所以，可以根(gen)據具體情況的需要，通過成分和熱處理的調整，控制(zhi)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)δ鐵素體的含量。

四(si)、充分發揮奧氏體不銹鋼中(zhong)穩定化元素的作(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(wu)、奧氏體(ti)不銹鋼制件的應力及危害

  當物體受到(dao)外力作用(yong)發生(sheng)變形時，其(qi)內(nei)部(bu)就會出現一種抵抗變形的力；物體在加熱(re)膨脹和(he)冷(leng)卻收縮過程中受到(dao)阻礙時，在內(nei)部(bu)也會產生(sheng)應力；材料在加熱(re)或冷(leng)卻過程中，如果有組織轉變時，也會產生(sheng)相變應力。

 因此，奧氏體不(bu)銹鋼(gang)在(zai)制造成零(ling)部(bu)件的(de)生產加工過程中，都(dou)不(bu)可(ke)避免地產生應力，并殘留(liu)在(zai)零(ling)部(bu)件中。

 鑄(zhu)造(zao)(zao)時，由于鑄(zhu)件(jian)(jian)形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)、各(ge)部(bu)(bu)位(wei)尺(chi)寸(cun)不(bu)同(tong)，冷卻速度(du)和(he)冷卻順序不(bu)同(tong)，會產生(sheng)(sheng)鑄(zhu)造(zao)(zao)應(ying)力(li)(li)；鍛造(zao)(zao)、軋(ya)制(zhi)時，會因(yin)(yin)為變形(xing)(xing)(xing)及(ji)(ji)變形(xing)(xing)(xing)量不(bu)同(tong)等(deng)(deng)原因(yin)(yin)產生(sheng)(sheng)鍛造(zao)(zao)應(ying)力(li)(li)；在(zai)機械切削加(jia)工時，因(yin)(yin)切削力(li)(li)產生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)；在(zai)焊(han)接時，工件(jian)(jian)不(bu)同(tong)部(bu)(bu)位(wei)的(de)不(bu)同(tong)時加(jia)熱(re)、不(bu)同(tong)時冷卻以及(ji)(ji)焊(han)件(jian)(jian)各(ge)部(bu)(bu)位(wei)形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)、尺(chi)寸(cun)不(bu)均勻而產生(sheng)(sheng)焊(han)接應(ying)力(li)(li)；復(fu)雜件(jian)(jian)、大(da)型件(jian)(jian)、截面不(bu)均勻件(jian)(jian)在(zai)熱(re)處理(li)快(kuai)速加(jia)熱(re)或冷卻過程中(zhong)產生(sheng)(sheng)熱(re)應(ying)力(li)(li)等(deng)(deng)，這些(xie)應(ying)力(li)(li)的(de)存在(zai)，除(chu)會引起變形(xing)(xing)(xing)外，對奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)另一個不(bu)良作用(yong)是會在(zai)某些(xie)使用(yong)環境、條件(jian)(jian)下發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)腐蝕。所以，對奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)制(zhi)造(zao)(zao)的(de)零(ling)部(bu)(bu)件(jian)(jian)應(ying)注意消除(chu)殘留(liu)應(ying)力(li)(li)。

 具有殘(can)留應(ying)力(li)(li)的制件和金屬(shu)，由于能(neng)量(liang)提高，原子處于熱力(li)(li)學不穩定(ding)狀態，當將其(qi)加熱到一定(ding)溫度(du)，就會較快(kuai)地(di)恢復到平衡狀態，使應(ying)力(li)(li)得以消(xiao)除。

 適當地熱處理(li)就(jiu)是(shi)減小(xiao)或(huo)消除(chu)奧氏體(ti)不銹鋼殘(can)留應(ying)力的重要手段之一。通常叫消除(chu)應(ying)力熱處理(li)。