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(he)金碳(tan)化物的析出(chu)與溶解(jie)

 由于(yu)(yu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中(zhong)鉻－鎳等合金元素的(de)作用，使(shi)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)向馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)轉變開(kai)始溫度(du)M.降(jiang)低到室溫以下(xia)，高溫時穩定的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織能保持到室溫甚至更低一些溫度(du)而不轉變。但是(shi)，碳在奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)溶解度(du)隨溫度(du)的(de)不同而變化。高溫時溶解度(du)大(da)于(yu)(yu)低溫時的(de)溶解度(du)，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(shi)(shi)體不銹鋼固溶化熱(re)處理后，應該是奧氏(shi)(shi)體組織。見(jian)圖(tu)3-11。

二、奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中(zhong)的σ相

奧氏體不銹(xiu)鋼在下列情(qing)況(kuang)，有可能出現(xian)σ相(xiang)。

  1. 在(zai)產生σ相(xiang)的溫(wen)度(du)區間（500~900℃),長時間加熱。

  2. 在(zai)鉻(ge)－鎳奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中加入了(le)形(xing)成鐵素體(ti)的元素，如鈦、鈮(ni)、鉬(mu)、硅等。

  3. 采用形成鐵素體(ti)元素高的(de)焊條施焊的(de)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼焊縫中。

  4. 鑄造的(de)18-8奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼，特別是含鈦、鈮、硅元(yuan)素(su)較高的(de)鑄造奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼中容易(yi)出現σ相(xiang)，這(zhe)可能與(yu)鑄造不銹(xiu)鋼中的(de)成分偏析有關。

以錳(meng)、氮代鎳的鉻－錳(meng)－鎳－氮系(xi)奧氏體不銹鋼中，σ相(xiang)形成傾向更強一些。

圖(tu)(tu)(tu)3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不銹鋼(gang)中的σ相，圖(tu)(tu)(tu)3-13是(shi)圖(tu)(tu)(tu)3-12的局部放大圖(tu)(tu)(tu)。

 σ相(xiang)在奧(ao)氏體不銹鋼中的存(cun)在會有不利作用。

 首(shou)先，σ相是一種(zhong)硬(ying)度(du)很(hen)高、塑性低(di)的(de)(de)金屬間相，其(qi)存(cun)(cun)在(zai)于(yu)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中，特別是沿(yan)晶界析出(chu)時，會對鋼(gang)的(de)(de)塑性產生較大(da)的(de)(de)影響(xiang)，反映在(zai)鋼(gang)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性顯著降低(di)。有資料介(jie)紹，在(zai)含1.36%硅的(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)焊縫中，由于(yu)σ相的(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)，沖(chong)擊(ji)功可(ke)由105J降至(zhi)20J.σ相的(de)(de)形成(cheng)還(huan)會伴有碳(tan)化物的(de)(de)析出(chu)，而且析出(chu)的(de)(de)速度(du)很(hen)快，在(zai)圖3-13中可(ke)見沿(yan)晶界析出(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－鎳(nie)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)中的σ相在加熱到(dao)高(gao)于其形成溫度后，會重新溶(rong)解。一般認為，加熱溫度大于920℃,之(zhi)后快(kuai)速(su)冷(leng)卻，σ相就不(bu)會析出。在實際生產中，采用固(gu)溶(rong)化熱處理即可達到(dao)目的。

三、奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵素體(ti)

奧氏體不銹(xiu)鋼在某些情況下會產(chan)生δ鐵(tie)素體，即高溫鐵(tie)素體。

 1. 在(zai)鑄(zhu)造的(de)鉻－鎳奧氏體(ti)不銹鋼中，因鑄(zhu)態化學成(cheng)分的(de)不均(jun)勻性，在(zai)鐵素(su)體(ti)形成(cheng)元素(su)偏聚區，易生成(cheng)δ鐵素(su)體(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵素體形成元素的奧氏體不銹鋼(gang)，如含鉬、硅、鈦、鈮的奧氏體不銹鋼(gang)中，會存在一(yi)定的δ鐵素體。

 3. 某些奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼的(de)焊(han)縫組織中，可能存在δ鐵素體(ti)。見圖3-15.

 4. 奧氏(shi)體不銹鋼中的δ鐵(tie)素體的含量還(huan)與固溶化溫度(du)有關，見圖3-16.

δ鐵素(su)體在奧氏體不(bu)銹鋼中的存在，會(hui)產生不(bu)同(tong)的作(zuo)用，有(you)(you)些是(shi)(shi)有(you)(you)利的，有(you)(you)些是(shi)(shi)有(you)(you)害的。

 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8鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼比(bi)純奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼的屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)(fu)強度要高。這是因為(wei)從(cong)(cong)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)(fu)強度的位錯理(li)論分析，鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)具有體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)心立方(fang)晶(jing)格(ge)結構，奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)具有面心立方(fang)晶(jing)格(ge)結構，而體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)心立方(fang)晶(jing)格(ge)比(bi)面心立方(fang)晶(jing)格(ge)的晶(jing)格(ge)（位錯）阻力大，即(ji)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)(fu)強度高，從(cong)(cong)而使含有一(yi)定(ding)量8鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼的屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)(fu)強度比(bi)具有單一(yi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組織的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼的屈(qu)(qu)服(fu)(fu)(fu)(fu)強度也提高了。

 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. 奧氏體不銹(xiu)鋼焊接時(shi)，當(dang)焊縫中(zhong)有少量δ鐵素(su)體時(shi)，可使奧氏體晶(jing)粒長大(da)受到阻(zu)礙(ai)，打亂柱狀晶(jing)方向，細化晶(jing)粒，促進(jin)雜質均勻分布，從(cong)而減(jian)少焊接熱(re)裂紋(wen)形成的可能性。

當然(ran)，δ鐵素體的存(cun)在(zai)，有(you)時(shi)也(ye)會有(you)不利作(zuo)用。主要表(biao)現如下(xia):

  a. 鐵(tie)素體與奧氏(shi)體電位不同，在某些條件下會增(zeng)加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的變形能力(li)不同，在壓(ya)力(li)加工(gong)時易形成(cheng)裂紋。

  c. 在(zai)高溫下(xia)(xia)長期(qi)工作后，鐵素體內會(hui)產生σ相，引(yin)起(qi)脆性及某些條件下(xia)(xia)的(de)晶間腐蝕傾向增大(da)。

從(cong)上面的(de)(de)(de)分(fen)(fen)析(xi)可(ke)見(jian)，奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)存(cun)在(zai)一(yi)定量的(de)(de)(de)δ鐵素體(ti)，在(zai)不(bu)同(tong)情況下的(de)(de)(de)作用是(shi)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)，所以，可(ke)以根據具(ju)體(ti)情況的(de)(de)(de)需要(yao)，通過成(cheng)分(fen)(fen)和熱處(chu)理的(de)(de)(de)調整，控(kong)制奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)δ鐵素體(ti)的(de)(de)(de)含量。

四、充分發揮奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)中穩定化元素(su)的作用

 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(ao)氏體不銹鋼(gang)制件的(de)應力及危害

  當物(wu)體(ti)受(shou)到(dao)外(wai)力(li)作用發生變(bian)形(xing)時，其內(nei)部(bu)就會(hui)出現一種(zhong)抵抗變(bian)形(xing)的力(li)；物(wu)體(ti)在(zai)(zai)加(jia)熱膨(peng)脹和冷卻(que)收縮過程(cheng)中(zhong)受(shou)到(dao)阻礙時，在(zai)(zai)內(nei)部(bu)也會(hui)產(chan)生應力(li)；材料在(zai)(zai)加(jia)熱或冷卻(que)過程(cheng)中(zhong)，如(ru)果有組織轉(zhuan)變(bian)時，也會(hui)產(chan)生相變(bian)應力(li)。

 因此，奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)在(zai)制造成(cheng)零部件的生產加工過(guo)程(cheng)中(zhong)，都不(bu)可避免地產生應力，并殘留在(zai)零部件中(zhong)。

 鑄(zhu)造(zao)時(shi)(shi)，由(you)于鑄(zhu)件(jian)(jian)形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)、各部(bu)位尺寸不(bu)(bu)(bu)同，冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)速度和(he)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)順序不(bu)(bu)(bu)同，會(hui)(hui)產生鑄(zhu)造(zao)應(ying)力(li)；鍛(duan)造(zao)、軋制(zhi)時(shi)(shi)，會(hui)(hui)因為變形(xing)(xing)(xing)及變形(xing)(xing)(xing)量不(bu)(bu)(bu)同等(deng)原因產生鍛(duan)造(zao)應(ying)力(li)；在(zai)機械切削加工(gong)時(shi)(shi)，因切削力(li)產生應(ying)力(li)；在(zai)焊接時(shi)(shi)，工(gong)件(jian)(jian)不(bu)(bu)(bu)同部(bu)位的不(bu)(bu)(bu)同時(shi)(shi)加熱、不(bu)(bu)(bu)同時(shi)(shi)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)以(yi)及焊件(jian)(jian)各部(bu)位形(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)、尺寸不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻而產生焊接應(ying)力(li)；復雜件(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)、截面不(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻件(jian)(jian)在(zai)熱處理(li)快速加熱或(huo)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)過程中(zhong)產生熱應(ying)力(li)等(deng)，這些應(ying)力(li)的存在(zai)，除(chu)會(hui)(hui)引起變形(xing)(xing)(xing)外，對(dui)奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鋼的另一個不(bu)(bu)(bu)良作用是會(hui)(hui)在(zai)某些使用環境、條件(jian)(jian)下發(fa)生應(ying)力(li)腐蝕。所(suo)以(yi)，對(dui)奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鋼制(zhi)造(zao)的零部(bu)件(jian)(jian)應(ying)注意消(xiao)除(chu)殘留應(ying)力(li)。

 具有殘留應力(li)的制(zhi)件和金屬，由(you)于能量(liang)提高，原子處(chu)于熱(re)力(li)學不(bu)穩(wen)定狀態，當將(jiang)其加熱(re)到一定溫(wen)度，就會較快地恢復到平(ping)衡狀態，使(shi)應力(li)得(de)以消除(chu)。

 適(shi)當地(di)熱處理就是減小(xiao)或消(xiao)除(chu)奧氏體不銹鋼殘(can)留應力的重要手段(duan)之一。通常(chang)叫(jiao)消(xiao)除(chu)應力熱處理。