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、奧氏體不銹鋼中合(he)金碳(tan)化物(wu)的析出與溶解

 由于奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)鉻－鎳等合金元素(su)的(de)作用，使奧(ao)氏(shi)(shi)體向馬氏(shi)(shi)體的(de)轉變開始溫(wen)(wen)度(du)M.降(jiang)低到(dao)(dao)室溫(wen)(wen)以下，高(gao)溫(wen)(wen)時穩定的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體組織能保持到(dao)(dao)室溫(wen)(wen)甚至(zhi)更低一些溫(wen)(wen)度(du)而不(bu)轉變。但是，碳在奧(ao)氏(shi)(shi)體中(zhong)的(de)溶解度(du)隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)不(bu)同(tong)而變化。高(gao)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(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼固溶化熱處理(li)后，應該是奧氏(shi)(shi)體組織。見圖(tu)3-11。

二、奧氏體不(bu)銹鋼中的σ相

奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼在下列情況(kuang)，有可能出現σ相。

  1. 在產生σ相的溫度(du)區間（500~900℃),長時間加熱。

  2. 在鉻－鎳奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)中加入(ru)了形成鐵素體的元素，如鈦、鈮、鉬、硅等(deng)。

  3. 采用(yong)形成鐵(tie)素體(ti)元素高的焊(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(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)，特別(bie)是含(han)鈦、鈮、硅元素較高(gao)的鑄造奧(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)容易出現σ相，這可能與鑄造不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的成(cheng)分偏析有關。

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

圖(tu)3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)(de)σ相，圖(tu)3-13是(shi)圖(tu)3-12的(de)(de)局(ju)部放大圖(tu)。

 σ相在奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的存在會有不利(li)作用。

 首先，σ相(xiang)是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)硬度很(hen)高、塑(su)(su)性低的(de)金(jin)屬間相(xiang)，其存在(zai)于(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)中，特別是(shi)(shi)沿晶(jing)界析出時，會對鋼(gang)的(de)塑(su)(su)性產生較大(da)的(de)影響，反映在(zai)鋼(gang)的(de)沖擊韌性顯著降低。有資(zi)料介紹，在(zai)含1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)焊(han)縫中，由(you)于(yu)σ相(xiang)的(de)存在(zai)，沖擊功可(ke)(ke)由(you)105J降至20J.σ相(xiang)的(de)形成(cheng)還會伴有碳化物的(de)析出，而且析出的(de)速度很(hen)快，在(zai)圖3-13中可(ke)(ke)見沿晶(jing)界析出的(de)碳化物。

 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(ge)－鎳奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中的σ相在加熱(re)到(dao)高(gao)于(yu)其形(xing)成溫度后，會重新溶(rong)解。一(yi)般(ban)認為，加熱(re)溫度大于(yu)920℃,之后快速(su)冷卻，σ相就不會析(xi)出。在實際生產中，采(cai)用固溶(rong)化熱(re)處理即(ji)可達到(dao)目的。

三、奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵(tie)素體(ti)

奧氏體(ti)不(bu)銹鋼在某(mou)些情(qing)況(kuang)下會產生δ鐵(tie)素體(ti)，即高溫鐵(tie)素體(ti)。

 1. 在鑄造的鉻－鎳奧氏體不(bu)銹鋼中，因(yin)鑄態化學成分的不(bu)均勻(yun)性，在鐵(tie)素體形成元素偏聚區，易(yi)生成δ鐵(tie)素體，見圖3-14。

 2. 含(han)有較多鐵(tie)素體(ti)形(xing)成元(yuan)素的奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，如含(han)鉬、硅、鈦(tai)、鈮的奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，會存在一定的δ鐵(tie)素體(ti)。

 3. 某些奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)焊縫組織中，可(ke)能(neng)存在δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧(ao)氏體不銹鋼(gang)中的δ鐵素體的含(han)量(liang)還與(yu)固(gu)溶化溫度有關，見圖3-16.

δ鐵素體在(zai)奧氏體不銹鋼(gang)中(zhong)的存在(zai)，會產生(sheng)不同的作(zuo)用，有(you)(you)些(xie)是(shi)有(you)(you)利的，有(you)(you)些(xie)是(shi)有(you)(you)害的。

 有利的作用(yong)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(su)體的奧(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼比(bi)純奧(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼的屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)要高(gao)。這是(shi)因為從(cong)屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)的位錯理(li)論分析，鐵(tie)素(su)體具有(you)體心(xin)立方晶(jing)格(ge)結(jie)構，奧(ao)氏體具有(you)面心(xin)立方晶(jing)格(ge)結(jie)構，而(er)(er)體心(xin)立方晶(jing)格(ge)比(bi)面心(xin)立方晶(jing)格(ge)的晶(jing)格(ge)（位錯）阻力大，即屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)高(gao)，從(cong)而(er)(er)使含有(you)一定(ding)量(liang)8鐵(tie)素(su)體的奧(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼的屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)比(bi)具有(you)單一奧(ao)氏體組織的奧(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼的屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)也提高(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(shi)體不(bu)銹鋼焊(han)接時，當焊(han)縫(feng)中有(you)少量δ鐵素體時，可使奧氏(shi)體晶粒長大受到阻礙，打亂柱狀晶方向，細化晶粒，促進雜質均勻分布，從而(er)減少焊(han)接熱(re)裂紋(wen)形成的可能性。

當然，δ鐵素體的存(cun)在，有時也會有不利作用(yong)。主要(yao)表現如下:

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

  b. 兩種(zhong)組織的(de)變形(xing)能力不同，在壓力加工(gong)時易形(xing)成裂紋。

  c. 在高溫下(xia)長期工作后，鐵素體內會產生σ相(xiang)，引起脆性及某些條件下(xia)的晶間腐蝕傾(qing)向(xiang)增大。

從上面的(de)分析可(ke)(ke)見，奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中存在一定量(liang)的(de)δ鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)，在不(bu)同情況下的(de)作用是不(bu)同的(de)，所以，可(ke)(ke)以根據具體(ti)(ti)情況的(de)需(xu)要(yao)，通過成分和熱處理(li)的(de)調整(zheng)，控制奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中δ鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)含量(liang)。

四、充分發揮奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中穩定(ding)化元素(su)的作用(yong)

 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(bu)銹鋼制件(jian)的應力及危害

  當物體受到外力(li)(li)作(zuo)用發生(sheng)變(bian)形(xing)(xing)時，其內(nei)部就會(hui)(hui)出現一(yi)種抵(di)抗變(bian)形(xing)(xing)的(de)力(li)(li)；物體在加(jia)熱(re)膨脹和冷(leng)卻收(shou)縮過程(cheng)中受到阻礙(ai)時，在內(nei)部也會(hui)(hui)產生(sheng)應力(li)(li)；材料在加(jia)熱(re)或(huo)冷(leng)卻過程(cheng)中，如(ru)果(guo)有(you)組織轉(zhuan)變(bian)時，也會(hui)(hui)產生(sheng)相(xiang)變(bian)應力(li)(li)。

 因此，奧氏體不銹鋼(gang)在制造成零(ling)部(bu)件的生(sheng)產加工過程中，都(dou)不可避免(mian)地(di)產生(sheng)應力，并殘留(liu)在零(ling)部(bu)件中。

 鑄(zhu)造(zao)時(shi)，由于鑄(zhu)件(jian)形(xing)狀、各(ge)部位尺寸不(bu)(bu)同，冷(leng)卻(que)速度和冷(leng)卻(que)順序不(bu)(bu)同，會(hui)產(chan)生鑄(zhu)造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；鍛造(zao)、軋制(zhi)時(shi)，會(hui)因為變形(xing)及變形(xing)量不(bu)(bu)同等原因產(chan)生鍛造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)機械切削加工時(shi)，因切削力(li)(li)產(chan)生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)焊(han)接(jie)時(shi)，工件(jian)不(bu)(bu)同部位的(de)不(bu)(bu)同時(shi)加熱、不(bu)(bu)同時(shi)冷(leng)卻(que)以及焊(han)件(jian)各(ge)部位形(xing)狀、尺寸不(bu)(bu)均勻而產(chan)生焊(han)接(jie)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)、大型(xing)件(jian)、截面不(bu)(bu)均勻件(jian)在(zai)熱處理快速加熱或冷(leng)卻(que)過(guo)程(cheng)中(zhong)產(chan)生熱應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)等，這些應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)存在(zai)，除(chu)會(hui)引起變形(xing)外，對奧氏體不(bu)(bu)銹鋼的(de)另一(yi)個(ge)不(bu)(bu)良(liang)作(zuo)用是(shi)會(hui)在(zai)某些使(shi)用環境、條(tiao)件(jian)下發生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕。所以，對奧氏體不(bu)(bu)銹鋼制(zhi)造(zao)的(de)零部件(jian)應(ying)(ying)(ying)注(zhu)意消除(chu)殘(can)留應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。

 具有殘留(liu)應力的制件和金屬，由于(yu)能量提高(gao)，原(yuan)子處于(yu)熱(re)力學不穩定狀(zhuang)態(tai)，當(dang)將其加熱(re)到(dao)一定溫度(du)，就會較快(kuai)地恢(hui)復(fu)到(dao)平衡(heng)狀(zhuang)態(tai)，使應力得以(yi)消除。

 適當(dang)地熱(re)處理就是減小或消(xiao)除(chu)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼殘留應(ying)力(li)的重(zhong)要手(shou)段(duan)之一。通常叫消(xiao)除(chu)應(ying)力(li)熱(re)處理。