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(yi)、奧氏體不銹鋼中合金碳化物的析(xi)出(chu)與溶解

 由于(yu)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)鉻－鎳等合(he)金元素的(de)(de)(de)作用，使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)向馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)開(kai)始溫度(du)(du)M.降低(di)(di)到室溫以下，高(gao)(gao)溫時(shi)穩定的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織能保持到室溫甚至更低(di)(di)一些(xie)溫度(du)(du)而(er)不(bu)轉(zhuan)變(bian)。但是，碳在(zai)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)隨溫度(du)(du)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)而(er)變(bian)化。高(gao)(gao)溫時(shi)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)大于(yu)低(di)(di)溫時(shi)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(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)體不銹鋼固溶化熱處理(li)后，應該是奧氏(shi)體組織。見圖3-11。

二(er)、奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼在下列情況，有(you)可能出現σ相。

  1. 在產(chan)生σ相(xiang)的(de)溫度區間(jian)（500~900℃),長時間(jian)加熱。

  2. 在鉻－鎳奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼中加(jia)入了形(xing)成鐵素體(ti)的元素，如鈦、鈮、鉬、硅等(deng)。

  3. 采用形成(cheng)鐵素(su)(su)體元(yuan)素(su)(su)高的焊條施焊的奧氏(shi)體不銹鋼焊縫中。

  4. 鑄造的18-8奧(ao)氏體(ti)不銹鋼，特別是含鈦(tai)、鈮(ni)、硅(gui)元(yuan)素較高(gao)的鑄造奧(ao)氏體(ti)不銹鋼中容(rong)易出現σ相，這可能(neng)與鑄造不銹鋼中的成分偏析有關(guan)。

以錳、氮代鎳的鉻－錳－鎳－氮系奧氏體(ti)不銹鋼中，σ相形成傾(qing)向更強一些(xie)。

圖3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)σ相，圖3-13是圖3-12的(de)局部放大圖。

 σ相在奧氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)中的(de)存在會(hui)有(you)不(bu)(bu)利(li)作(zuo)用。

 首(shou)先，σ相(xiang)是一種硬度很(hen)高(gao)、塑(su)性低(di)的(de)(de)金屬間相(xiang)，其存在(zai)于奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中，特別是沿晶界析(xi)出時(shi)，會對鋼(gang)的(de)(de)塑(su)性產生較大的(de)(de)影響，反映在(zai)鋼(gang)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性顯著(zhu)降低(di)。有(you)資料介紹，在(zai)含1.36%硅的(de)(de)18Cr-8Ni奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊縫(feng)中，由(you)于σ相(xiang)的(de)(de)存在(zai)，沖(chong)擊(ji)功(gong)可由(you)105J降至(zhi)20J.σ相(xiang)的(de)(de)形成還會伴有(you)碳(tan)化(hua)物的(de)(de)析(xi)出，而(er)且(qie)析(xi)出的(de)(de)速度很(hen)快，在(zai)圖3-13中可見沿晶界析(xi)出的(de)(de)碳(tan)化(hua)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－鎳奧(ao)氏體不銹鋼(gang)中的σ相在加熱(re)(re)(re)到(dao)高于(yu)其形成溫度后(hou)，會(hui)重(zhong)新(xin)溶解。一般認(ren)為(wei)，加熱(re)(re)(re)溫度大于(yu)920℃,之(zhi)后(hou)快速冷卻，σ相就不會(hui)析出。在實際生產中，采用(yong)固溶化(hua)熱(re)(re)(re)處理(li)即可達(da)到(dao)目的。

三、奧氏體不銹鋼中的(de)δ鐵素體

奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼在某些情況下會(hui)產生δ鐵素(su)體(ti)，即高溫鐵素(su)體(ti)。

 1. 在鑄(zhu)(zhu)造的(de)鉻(ge)－鎳奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中，因(yin)鑄(zhu)(zhu)態化學成分(fen)的(de)不均勻性，在鐵素(su)體(ti)(ti)形成元素(su)偏聚區，易生成δ鐵素(su)體(ti)(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較(jiao)多鐵素體(ti)(ti)形成元素的奧氏體(ti)(ti)不銹鋼，如(ru)含鉬、硅(gui)、鈦、鈮的奧氏體(ti)(ti)不銹鋼中，會存在一定的δ鐵素體(ti)(ti)。

 3. 某(mou)些奧氏體不銹鋼的焊縫組織中，可能存在(zai)δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體的含(han)量還與固溶(rong)化溫度(du)有關，見圖3-16.

δ鐵(tie)素體在奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中的存在，會產生不同(tong)的作用，有(you)些是有(you)利的，有(you)些是有(you)害的。

 有利的(de)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)8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼比純奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)度要高(gao)(gao)。這是因為從屈(qu)服強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)位(wei)錯(cuo)理論分析，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)具有(you)體(ti)(ti)(ti)心立方晶(jing)格(ge)結構(gou)，奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)具有(you)面(mian)心立方晶(jing)格(ge)結構(gou)，而體(ti)(ti)(ti)心立方晶(jing)格(ge)比面(mian)心立方晶(jing)格(ge)的(de)(de)(de)(de)晶(jing)格(ge)（位(wei)錯(cuo)）阻力大，即屈(qu)服強(qiang)度高(gao)(gao)，從而使含有(you)一定量8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)度比具有(you)單一奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織的(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)度也提高(gao)(gao)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(ao)氏體(ti)不銹鋼焊接時，當焊縫(feng)中(zhong)有少量(liang)δ鐵素體(ti)時，可(ke)使(shi)奧(ao)氏體(ti)晶(jing)(jing)粒長大受(shou)到阻礙，打亂柱狀(zhuang)晶(jing)(jing)方向，細化晶(jing)(jing)粒，促(cu)進雜(za)質均勻分布，從(cong)而減少焊接熱裂紋形成的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。

當然，δ鐵(tie)素體(ti)的存在，有時(shi)也會有不利作用。主要表(biao)現如下:

  a. 鐵素體與奧氏(shi)體電位不(bu)同，在某(mou)些條(tiao)件下會增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織(zhi)的變形能力(li)不(bu)同，在壓力(li)加工時(shi)易(yi)形成裂紋。

  c. 在(zai)高溫下(xia)長期工(gong)作后，鐵素體內(nei)會產生(sheng)σ相，引起(qi)脆性及(ji)某些條(tiao)件下(xia)的晶間腐(fu)蝕傾(qing)向增大(da)。

從上面的(de)(de)(de)分析可(ke)見，奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)存在一定(ding)量的(de)(de)(de)δ鐵素(su)體，在不(bu)同情況下的(de)(de)(de)作用(yong)是不(bu)同的(de)(de)(de)，所以(yi)，可(ke)以(yi)根據具體情況的(de)(de)(de)需(xu)要(yao)，通過成(cheng)分和(he)熱處理的(de)(de)(de)調整，控制奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)δ鐵素(su)體的(de)(de)(de)含量。

四(si)、充分發揮奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中穩定(ding)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、奧氏體不銹鋼制件的應(ying)力(li)及危害(hai)

  當物(wu)體受到外(wai)力作用發生(sheng)變(bian)形時(shi)，其內(nei)部就會出現一種(zhong)抵抗變(bian)形的力；物(wu)體在(zai)加熱膨脹(zhang)和冷(leng)卻(que)收縮過程中受到阻(zu)礙時(shi)，在(zai)內(nei)部也(ye)會產生(sheng)應(ying)力；材(cai)料(liao)在(zai)加熱或冷(leng)卻(que)過程中，如(ru)果有組織轉變(bian)時(shi)，也(ye)會產生(sheng)相(xiang)變(bian)應(ying)力。

 因(yin)此，奧氏(shi)體不銹鋼在制造成零部件(jian)(jian)的(de)生產(chan)加工過程中，都不可(ke)避免地產(chan)生應力(li)，并殘(can)留在零部件(jian)(jian)中。

 鑄造(zao)(zao)(zao)時(shi)，由于鑄件(jian)形(xing)狀、各部(bu)(bu)位尺寸(cun)不(bu)(bu)同(tong)，冷卻(que)(que)速度和(he)冷卻(que)(que)順序不(bu)(bu)同(tong)，會產(chan)生(sheng)(sheng)鑄造(zao)(zao)(zao)應(ying)力(li)；鍛造(zao)(zao)(zao)、軋(ya)制時(shi)，會因(yin)為(wei)變(bian)形(xing)及變(bian)形(xing)量不(bu)(bu)同(tong)等原因(yin)產(chan)生(sheng)(sheng)鍛造(zao)(zao)(zao)應(ying)力(li)；在(zai)機械切削加(jia)工(gong)時(shi)，因(yin)切削力(li)產(chan)生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)；在(zai)焊(han)接時(shi)，工(gong)件(jian)不(bu)(bu)同(tong)部(bu)(bu)位的不(bu)(bu)同(tong)時(shi)加(jia)熱、不(bu)(bu)同(tong)時(shi)冷卻(que)(que)以及焊(han)件(jian)各部(bu)(bu)位形(xing)狀、尺寸(cun)不(bu)(bu)均勻(yun)而(er)產(chan)生(sheng)(sheng)焊(han)接應(ying)力(li)；復雜件(jian)、大(da)型件(jian)、截面(mian)不(bu)(bu)均勻(yun)件(jian)在(zai)熱處理快速加(jia)熱或冷卻(que)(que)過程中產(chan)生(sheng)(sheng)熱應(ying)力(li)等，這些(xie)應(ying)力(li)的存在(zai)，除會引起變(bian)形(xing)外，對奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的另一個(ge)不(bu)(bu)良(liang)作用(yong)是會在(zai)某(mou)些(xie)使用(yong)環境、條件(jian)下發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)腐蝕(shi)。所(suo)以，對奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制造(zao)(zao)(zao)的零部(bu)(bu)件(jian)應(ying)注意消(xiao)除殘(can)留應(ying)力(li)。

 具有殘留應(ying)力的制件和金屬(shu)，由于能量提高，原子處于熱力學不(bu)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態，當將其加熱到(dao)(dao)一定(ding)溫(wen)度，就會較快地恢復到(dao)(dao)平衡狀(zhuang)態，使應(ying)力得以消(xiao)除。

 適當地熱(re)處(chu)理就是減(jian)小(xiao)或消除(chu)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)殘留應力的重要(yao)手段(duan)之(zhi)一。通常叫消除(chu)應力熱(re)處(chu)理。