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(ti)不(bu)銹鋼中合金碳(tan)化物的析出(chu)與溶解

 由于奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中鉻－鎳等合(he)金元素的(de)作用，使奧氏(shi)體向馬氏(shi)體的(de)轉變(bian)(bian)開始溫(wen)(wen)度(du)M.降低到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)以下，高溫(wen)(wen)時穩(wen)定的(de)奧氏(shi)體組(zu)織能保持(chi)到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)甚至更低一些溫(wen)(wen)度(du)而(er)不(bu)轉變(bian)(bian)。但是，碳在奧氏(shi)體中的(de)溶解度(du)隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)不(bu)同而(er)變(bian)(bian)化。高溫(wen)(wen)時溶解度(du)大于低溫(wen)(wen)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。

奧氏體不銹鋼固溶化熱處(chu)理后，應該是奧氏體組織。見(jian)圖(tu)3-11。

二、奧氏體不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)σ相

奧氏體不銹鋼在(zai)下(xia)列情況，有可能出現σ相。

  1. 在產生(sheng)σ相的溫度(du)區間（500~900℃),長時間加(jia)熱。

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中加入(ru)了形成鐵(tie)素(su)體的元素(su)，如鈦、鈮(ni)、鉬、硅(gui)等。

  3. 采用形成鐵素(su)體(ti)元素(su)高的(de)焊條施焊的(de)奧氏體(ti)不銹鋼焊縫(feng)中。

  4. 鑄(zhu)造的18-8奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，特別是(shi)含鈦、鈮、硅元素較高的鑄(zhu)造奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)容易出現(xian)σ相，這可能與(yu)鑄(zhu)造不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的成(cheng)分偏析有(you)關(guan)。

以(yi)錳、氮代鎳的鉻－錳－鎳－氮系奧氏體(ti)不銹鋼中，σ相形成傾向更(geng)強(qiang)一些(xie)。

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

 σ相在(zai)奧氏體不(bu)銹鋼中的存在(zai)會有不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是一種(zhong)硬度(du)(du)很高、塑性低的(de)金屬間相(xiang)，其存在(zai)(zai)于(yu)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中，特別是沿晶界析出(chu)時，會(hui)對鋼(gang)的(de)塑性產(chan)生較(jiao)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)，反映在(zai)(zai)鋼(gang)的(de)沖擊(ji)韌(ren)性顯著降低。有(you)資料介紹，在(zai)(zai)含(han)1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)焊縫(feng)中，由于(yu)σ相(xiang)的(de)存在(zai)(zai)，沖擊(ji)功可(ke)由105J降至(zhi)20J.σ相(xiang)的(de)形成(cheng)還會(hui)伴有(you)碳(tan)化(hua)(hua)物的(de)析出(chu)，而且析出(chu)的(de)速度(du)(du)很快，在(zai)(zai)圖3-13中可(ke)見沿晶界析出(chu)的(de)碳(tan)化(hua)(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－鎳奧氏體不銹鋼中的(de)σ相(xiang)在加(jia)熱(re)到高(gao)于其(qi)形成(cheng)溫(wen)度后(hou)(hou)，會重新溶解。一般認為，加(jia)熱(re)溫(wen)度大于920℃,之后(hou)(hou)快速冷卻，σ相(xiang)就不會析出。在實際生產中，采用固溶化熱(re)處理即(ji)可達到目(mu)的(de)。

三、奧氏體不(bu)銹鋼中的δ鐵素體

奧氏體(ti)不(bu)銹鋼在某些(xie)情(qing)況下會產(chan)生δ鐵素體(ti)，即高溫鐵素體(ti)。

 1. 在(zai)鑄造的鉻－鎳奧氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼中，因(yin)鑄態化學成(cheng)(cheng)分的不(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)，在(zai)鐵(tie)素(su)體形成(cheng)(cheng)元素(su)偏聚區，易生(sheng)成(cheng)(cheng)δ鐵(tie)素(su)體，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵素(su)(su)體形成元素(su)(su)的(de)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼，如含鉬、硅、鈦、鈮的(de)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中，會存在一定的(de)δ鐵素(su)(su)體。

 3. 某些奧(ao)氏體(ti)不銹鋼的焊縫組織中，可能存在δ鐵素體(ti)。見圖3-15.

 4. 奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼中的δ鐵(tie)素體的含量還與固(gu)溶化溫度有(you)關，見圖3-16.

δ鐵素(su)體在奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)的存在，會產生(sheng)不同的作(zuo)用，有(you)些是(shi)有(you)利的，有(you)些是(shi)有(you)害的。

 有利的作用(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(han)有(you)8鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)比(bi)(bi)純奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)要高。這是因(yin)為(wei)從(cong)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)位錯(cuo)理論分(fen)析，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)具有(you)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格(ge)結構(gou)，奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)具有(you)面心立(li)方(fang)晶格(ge)結構(gou)，而體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格(ge)比(bi)(bi)面心立(li)方(fang)晶格(ge)的(de)晶格(ge)（位錯(cuo)）阻(zu)力大，即屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)高，從(cong)而使(shi)含(han)有(you)一定量8鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)比(bi)(bi)具有(you)單一奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組織的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(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. 奧氏體不銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)時，當焊(han)縫中有少量δ鐵素體時，可使奧氏體晶粒長大受到阻礙，打亂柱狀晶方向(xiang)，細(xi)化晶粒，促進雜質均勻分布，從而(er)減少焊(han)接(jie)熱裂紋(wen)形(xing)成的可能性。

當然，δ鐵素體的(de)存在，有(you)(you)時(shi)也會有(you)(you)不利作用(yong)。主要表(biao)現如下:

  a. 鐵素(su)體(ti)與奧氏體(ti)電位(wei)不同，在某(mou)些(xie)條件下會增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的變(bian)形能力不同，在壓(ya)力加工時易形成裂紋。

  c. 在(zai)高溫下長(chang)期工(gong)作(zuo)后，鐵(tie)素體內(nei)會產(chan)生σ相，引起脆性及某些條件下的(de)晶間腐蝕傾向增大。

從上面的(de)(de)(de)(de)分析可見，奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中存在一定量的(de)(de)(de)(de)δ鐵素體(ti)(ti)，在不同(tong)情(qing)況下的(de)(de)(de)(de)作用是不同(tong)的(de)(de)(de)(de)，所以，可以根據具體(ti)(ti)情(qing)況的(de)(de)(de)(de)需要，通過成分和熱處理的(de)(de)(de)(de)調整，控制奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中δ鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)含量。

四、充分發揮奧氏體不(bu)銹鋼中穩定化元素的(de)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)氏體不銹鋼制件的應力及危害(hai)

  當物體受(shou)到外力(li)作用發生(sheng)變(bian)形時(shi)，其(qi)內(nei)部就會(hui)出現一(yi)種抵抗變(bian)形的力(li)；物體在(zai)加(jia)熱(re)膨脹和冷卻(que)收縮過程中受(shou)到阻(zu)礙時(shi)，在(zai)內(nei)部也(ye)會(hui)產生(sheng)應力(li)；材料(liao)在(zai)加(jia)熱(re)或冷卻(que)過程中，如果有組織轉(zhuan)變(bian)時(shi)，也(ye)會(hui)產生(sheng)相變(bian)應力(li)。

 因此(ci)，奧氏體不銹鋼在(zai)制造成零部件的生產加(jia)工過程中，都不可避免地產生應力，并殘留(liu)在(zai)零部件中。

 鑄造(zao)時，由于(yu)鑄件(jian)形狀、各(ge)部(bu)位尺寸不(bu)(bu)同(tong)(tong)，冷卻(que)(que)速度和(he)冷卻(que)(que)順(shun)序不(bu)(bu)同(tong)(tong)，會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)鑄造(zao)應(ying)力(li)；鍛造(zao)、軋制(zhi)時，會(hui)(hui)因(yin)為變形及(ji)變形量(liang)不(bu)(bu)同(tong)(tong)等原因(yin)產(chan)生(sheng)鍛造(zao)應(ying)力(li)；在(zai)機械(xie)切(qie)削加工時，因(yin)切(qie)削力(li)產(chan)生(sheng)應(ying)力(li)；在(zai)焊接時，工件(jian)不(bu)(bu)同(tong)(tong)部(bu)位的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)時加熱(re)、不(bu)(bu)同(tong)(tong)時冷卻(que)(que)以及(ji)焊件(jian)各(ge)部(bu)位形狀、尺寸不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)而產(chan)生(sheng)焊接應(ying)力(li)；復雜(za)件(jian)、大(da)型件(jian)、截面不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)件(jian)在(zai)熱(re)處理快速加熱(re)或冷卻(que)(que)過程中產(chan)生(sheng)熱(re)應(ying)力(li)等，這(zhe)些應(ying)力(li)的(de)(de)存(cun)在(zai)，除會(hui)(hui)引起變形外，對(dui)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)另(ling)一個(ge)不(bu)(bu)良作用是會(hui)(hui)在(zai)某些使用環境(jing)、條(tiao)件(jian)下發生(sheng)應(ying)力(li)腐蝕。所以，對(dui)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)制(zhi)造(zao)的(de)(de)零部(bu)件(jian)應(ying)注意(yi)消除殘留(liu)應(ying)力(li)。

 具有殘(can)留(liu)應(ying)力(li)(li)的制件和金屬，由于(yu)能量提高，原(yuan)子處于(yu)熱(re)力(li)(li)學不(bu)穩定狀態，當將其加熱(re)到一定溫(wen)度，就(jiu)會較快地恢(hui)復到平衡狀態，使應(ying)力(li)(li)得以(yi)消(xiao)除。

 適當地熱處理(li)就(jiu)是減小或消(xiao)(xiao)除奧氏體不銹鋼殘(can)留應(ying)力的重要手段之一。通常叫(jiao)消(xiao)(xiao)除應(ying)力熱處理(li)。