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)體不銹(xiu)鋼中合(he)金(jin)碳化物的析出與(yu)溶解(jie)

 由(you)于(yu)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中鉻－鎳等合金元(yuan)素的作用，使奧氏體(ti)(ti)向馬氏體(ti)(ti)的轉變開(kai)始溫(wen)度(du)M.降低到室溫(wen)以(yi)下，高(gao)溫(wen)時穩定的奧氏體(ti)(ti)組(zu)織能保(bao)持(chi)到室溫(wen)甚(shen)至更低一些溫(wen)度(du)而(er)不(bu)轉變。但是，碳在(zai)奧氏體(ti)(ti)中的溶解度(du)隨(sui)溫(wen)度(du)的不(bu)同而(er)變化。高(gao)溫(wen)時溶解度(du)大于(yu)低溫(wen)時的溶解度(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(ao)氏體不(bu)銹鋼固溶化熱處(chu)理后，應該是奧(ao)氏體組織。見(jian)圖3-11。

二(er)、奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)的σ相

奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)在下列情況，有可能出(chu)現(xian)σ相。

  1. 在(zai)產生σ相的(de)溫(wen)度區間（500~900℃),長時間加熱。

  2. 在鉻－鎳(nie)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)加入了形成鐵(tie)素(su)體的元(yuan)素(su)，如鈦(tai)、鈮(ni)、鉬、硅等(deng)。

  3. 采用形成鐵素(su)體(ti)元素(su)高(gao)的焊(han)條施焊(han)的奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼焊(han)縫中。

  4. 鑄造的18-8奧氏體不(bu)銹鋼，特(te)別是(shi)含鈦、鈮、硅(gui)元素(su)較高(gao)的鑄造奧氏體不(bu)銹鋼中容易出現σ相，這(zhe)可能與鑄造不(bu)銹鋼中的成(cheng)分偏析有關。

以錳、氮(dan)代鎳的鉻－錳－鎳－氮(dan)系奧氏體不(bu)銹鋼中，σ相形成(cheng)傾向更強(qiang)一(yi)些。

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

 σ相在奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中的存在會有不利(li)作用。

 首先，σ相(xiang)(xiang)是(shi)一種硬度很(hen)高、塑性(xing)(xing)低的(de)金屬(shu)間相(xiang)(xiang)，其存在(zai)(zai)于奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中，特別(bie)是(shi)沿晶界析出(chu)時，會(hui)對鋼(gang)(gang)的(de)塑性(xing)(xing)產(chan)生較(jiao)大(da)的(de)影(ying)響，反映在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)的(de)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)(xing)顯著降低。有資料介紹，在(zai)(zai)含(han)1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)焊縫中，由于σ相(xiang)(xiang)的(de)存在(zai)(zai)，沖(chong)擊(ji)功可由105J降至20J.σ相(xiang)(xiang)的(de)形成(cheng)還會(hui)伴(ban)有碳(tan)化(hua)物的(de)析出(chu)，而且析出(chu)的(de)速度很(hen)快，在(zai)(zai)圖3-13中可見沿晶界析出(chu)的(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(ge)－鎳奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼中的σ相(xiang)在加熱到(dao)高于其形成溫度后(hou)，會重新溶解。一般(ban)認為，加熱溫度大(da)于920℃,之后(hou)快(kuai)速冷(leng)卻，σ相(xiang)就不會析出。在實際生產(chan)中，采用固溶化熱處理即(ji)可達(da)到(dao)目的。

三、奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼中的δ鐵素體

奧氏體不銹(xiu)鋼在某些(xie)情況下(xia)會產生δ鐵素(su)體，即高溫鐵素(su)體。

 1. 在鑄(zhu)造的(de)(de)鉻－鎳奧(ao)氏體(ti)不銹鋼中，因鑄(zhu)態化學成(cheng)分(fen)的(de)(de)不均(jun)勻性，在鐵素體(ti)形(xing)成(cheng)元素偏聚區(qu)，易(yi)生成(cheng)δ鐵素體(ti)，見圖3-14。

 2. 含有(you)較多鐵(tie)素體形成元素的(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(tie)素體。

 3. 某些(xie)奧氏(shi)體不銹鋼的焊縫(feng)組(zu)織中，可能存在δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)δ鐵素體的(de)含量(liang)還與(yu)固溶化溫度(du)有關，見圖3-16.

δ鐵素體在(zai)奧氏(shi)體不銹鋼中的(de)存(cun)在(zai)，會產生不同的(de)作用，有些是有利的(de)，有些是有害的(de)。

 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(you)(you)(you)8鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)比(bi)純奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度要高(gao)。這是因為從(cong)屈(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度的(de)(de)位(wei)錯(cuo)理論分(fen)析，鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)具(ju)有(you)(you)(you)體(ti)(ti)(ti)(ti)心立方(fang)晶(jing)格結構，奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)具(ju)有(you)(you)(you)面心立方(fang)晶(jing)格結構，而體(ti)(ti)(ti)(ti)心立方(fang)晶(jing)格比(bi)面心立方(fang)晶(jing)格的(de)(de)晶(jing)格（位(wei)錯(cuo)）阻力大(da)，即屈(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度高(gao)，從(cong)而使含有(you)(you)(you)一(yi)(yi)定量8鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度比(bi)具(ju)有(you)(you)(you)單(dan)一(yi)(yi)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)組織的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈(qu)(qu)(qu)(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度也提(ti)高(gao)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(ti)不銹鋼焊接時，當焊縫(feng)中有少(shao)量δ鐵素(su)體(ti)時，可(ke)使奧氏體(ti)晶(jing)粒(li)長大受到阻礙，打亂柱狀晶(jing)方向，細化晶(jing)粒(li)，促進(jin)雜質均勻分布，從而減(jian)少(shao)焊接熱裂紋(wen)形成的可(ke)能性(xing)。

當然，δ鐵素體(ti)的存在(zai)，有時(shi)也會有不利作用。主要表現(xian)如下:

  a. 鐵(tie)素體與奧氏體電位不同，在(zai)某些條(tiao)件下會增加腐蝕傾向。

  b. 兩(liang)種組(zu)織(zhi)的變形能(neng)力不同，在壓力加工時易形成裂紋。

  c. 在高(gao)溫下長期工作(zuo)后，鐵素體(ti)內(nei)會產生σ相，引起脆性及某些條件下的(de)晶間腐蝕(shi)傾向增大。

從上(shang)面的分析(xi)可見(jian)，奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中存(cun)在一定(ding)量的δ鐵素體，在不(bu)(bu)(bu)同情(qing)況下(xia)的作用(yong)是不(bu)(bu)(bu)同的，所以(yi)，可以(yi)根據具體情(qing)況的需(xu)要，通過成分和熱處理(li)的調整，控制奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中δ鐵素體的含(han)量。

四(si)、充分發揮奧氏體不銹鋼中穩定化(hua)元素的作用

 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(wu)、奧氏體不銹鋼制件(jian)的應(ying)力及危害

  當物體(ti)受到(dao)外力(li)(li)作(zuo)用發生變(bian)(bian)形時(shi)(shi)(shi)，其(qi)內部就會(hui)出現一(yi)種抵抗變(bian)(bian)形的力(li)(li)；物體(ti)在加(jia)熱(re)膨脹和冷(leng)卻(que)收縮過程(cheng)中受到(dao)阻礙時(shi)(shi)(shi)，在內部也會(hui)產生應(ying)力(li)(li)；材料在加(jia)熱(re)或(huo)冷(leng)卻(que)過程(cheng)中，如果(guo)有組織轉變(bian)(bian)時(shi)(shi)(shi)，也會(hui)產生相(xiang)變(bian)(bian)應(ying)力(li)(li)。

 因(yin)此(ci)，奧氏(shi)體不(bu)銹鋼在制造成零部件的生(sheng)產(chan)加工過程(cheng)中(zhong)，都(dou)不(bu)可避免地產(chan)生(sheng)應力，并殘留在零部件中(zhong)。

 鑄(zhu)造(zao)時(shi)，由(you)于鑄(zhu)件(jian)(jian)形狀、各(ge)部位尺(chi)寸不(bu)同(tong)，冷卻(que)速度和冷卻(que)順序不(bu)同(tong)，會(hui)產生(sheng)(sheng)鑄(zhu)造(zao)應(ying)力(li)(li)；鍛(duan)造(zao)、軋(ya)制時(shi)，會(hui)因(yin)為變(bian)形及變(bian)形量不(bu)同(tong)等(deng)原因(yin)產生(sheng)(sheng)鍛(duan)造(zao)應(ying)力(li)(li)；在機(ji)械切削(xue)加工(gong)時(shi)，因(yin)切削(xue)力(li)(li)產生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)；在焊接時(shi)，工(gong)件(jian)(jian)不(bu)同(tong)部位的不(bu)同(tong)時(shi)加熱、不(bu)同(tong)時(shi)冷卻(que)以(yi)及焊件(jian)(jian)各(ge)部位形狀、尺(chi)寸不(bu)均勻而產生(sheng)(sheng)焊接應(ying)力(li)(li)；復雜(za)件(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)、截面不(bu)均勻件(jian)(jian)在熱處理快速加熱或冷卻(que)過程中產生(sheng)(sheng)熱應(ying)力(li)(li)等(deng)，這些(xie)應(ying)力(li)(li)的存(cun)在，除會(hui)引起變(bian)形外，對奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)的另一個(ge)不(bu)良作(zuo)用(yong)是會(hui)在某些(xie)使用(yong)環境、條(tiao)件(jian)(jian)下發生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)腐蝕。所以(yi)，對奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)制造(zao)的零部件(jian)(jian)應(ying)注意消除殘留(liu)應(ying)力(li)(li)。

 具有(you)殘(can)留應(ying)力(li)(li)(li)的制件和金屬(shu)，由于能(neng)量提高，原(yuan)子處(chu)于熱(re)力(li)(li)(li)學不穩(wen)定(ding)狀態(tai)，當將其加熱(re)到一(yi)定(ding)溫度，就(jiu)會較(jiao)快地(di)恢復(fu)到平衡(heng)狀態(tai)，使應(ying)力(li)(li)(li)得以消除。

 適當(dang)地熱處理就是減小或消除(chu)奧氏體不銹鋼(gang)殘留(liu)應力的重(zhong)要手段之一。通常叫(jiao)消除(chu)應力熱處理。