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、奧氏體不銹鋼中合金碳化物的析出與溶解

 由于奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼中鉻－鎳(nie)等合金元素的作(zuo)用，使奧(ao)氏(shi)(shi)體向馬氏(shi)(shi)體的轉變開始溫(wen)(wen)度(du)(du)M.降低(di)到室(shi)溫(wen)(wen)以下(xia)，高溫(wen)(wen)時(shi)穩定(ding)的奧(ao)氏(shi)(shi)體組織能(neng)保持(chi)到室(shi)溫(wen)(wen)甚至更低(di)一些溫(wen)(wen)度(du)(du)而不(bu)轉變。但是，碳在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體中的溶(rong)解(jie)度(du)(du)隨溫(wen)(wen)度(du)(du)的不(bu)同而變化。高溫(wen)(wen)時(shi)溶(rong)解(jie)度(du)(du)大于低(di)溫(wen)(wen)時(shi)的溶(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。

奧氏體不銹鋼固溶化熱處理(li)后，應(ying)該是奧氏體組織(zhi)。見(jian)圖3-11。

二、奧氏(shi)體不銹鋼中的σ相

奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼在下列情況，有(you)可能出(chu)現σ相。

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

  2. 在鉻(ge)－鎳奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼中加入了形成鐵素體的元素，如鈦(tai)、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用形成鐵素體元(yuan)素高的焊(han)(han)條施焊(han)(han)的奧氏體不銹鋼焊(han)(han)縫中。

  4. 鑄(zhu)(zhu)造的18-8奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，特別是含鈦、鈮、硅元素較高的鑄(zhu)(zhu)造奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中容易出現σ相，這可(ke)能與(yu)鑄(zhu)(zhu)造不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中的成分偏析有關。

以(yi)錳、氮(dan)(dan)代鎳的鉻－錳－鎳－氮(dan)(dan)系奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)，σ相形成傾(qing)向(xiang)更強一些(xie)。

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

 σ相在奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)存(cun)在會有不利作用。

 首先(xian)，σ相是一種硬度很(hen)高(gao)、塑性(xing)低的(de)金屬間相，其存在(zai)于(yu)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)，特別是沿(yan)晶界析出(chu)時(shi)，會對鋼(gang)(gang)的(de)塑性(xing)產(chan)生較(jiao)大的(de)影響，反映在(zai)鋼(gang)(gang)的(de)沖擊韌性(xing)顯(xian)著降(jiang)低。有資料(liao)介紹(shao)，在(zai)含1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)縫中(zhong)，由于(yu)σ相的(de)存在(zai)，沖擊功可由105J降(jiang)至20J.σ相的(de)形成還會伴有碳化物的(de)析出(chu)，而且(qie)析出(chu)的(de)速度很(hen)快，在(zai)圖3-13中(zhong)可見(jian)沿(yan)晶界析出(chu)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－鎳奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)中的(de)σ相在(zai)加熱(re)到高于其形成溫度后，會(hui)重新溶(rong)解。一般(ban)認(ren)為(wei)，加熱(re)溫度大于920℃,之后快速冷卻，σ相就不(bu)會(hui)析出。在(zai)實際生產中，采用固溶(rong)化(hua)熱(re)處理即可達到目的(de)。

三、奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中的δ鐵素體(ti)

奧氏體不銹鋼在(zai)某些情況(kuang)下會產生δ鐵(tie)素體，即高溫(wen)鐵(tie)素體。

 1. 在鑄造的鉻－鎳奧氏體(ti)(ti)不銹鋼中，因鑄態(tai)化學成(cheng)分的不均勻(yun)性，在鐵素(su)體(ti)(ti)形成(cheng)元素(su)偏聚區，易生成(cheng)δ鐵素(su)體(ti)(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較(jiao)多鐵(tie)素體(ti)形成元素的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼，如含鉬(mu)、硅、鈦、鈮的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中(zhong)，會(hui)存在一定(ding)的δ鐵(tie)素體(ti)。

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

 4. 奧氏體不銹鋼(gang)中的(de)(de)δ鐵素體的(de)(de)含(han)量還與(yu)固(gu)溶化溫度有關，見圖3-16.

δ鐵素體(ti)在奧氏體(ti)不銹鋼中的存在，會產生(sheng)不同的作用，有些(xie)是(shi)有利的，有些(xie)是(shi)有害(hai)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8鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)的奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼比(bi)純奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的屈(qu)服強度(du)(du)要高(gao)。這(zhe)是因為從屈(qu)服強度(du)(du)的位錯(cuo)理論分析，鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)具(ju)有體(ti)(ti)(ti)心立(li)方晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)結構(gou)，奧氏體(ti)(ti)(ti)具(ju)有面(mian)心立(li)方晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)結構(gou)，而體(ti)(ti)(ti)心立(li)方晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)比(bi)面(mian)心立(li)方晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)的晶(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)(ge)（位錯(cuo)）阻力(li)大，即屈(qu)服強度(du)(du)高(gao)，從而使含有一定量8鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)的奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的屈(qu)服強度(du)(du)比(bi)具(ju)有單一奧氏體(ti)(ti)(ti)組織的奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的屈(qu)服強度(du)(du)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(han)接時，當焊(han)縫中有少量δ鐵素體(ti)時，可使(shi)奧氏體(ti)晶(jing)粒(li)長大受到阻礙，打亂(luan)柱狀晶(jing)方向，細化晶(jing)粒(li)，促(cu)進雜(za)質均勻分布，從(cong)而減少焊(han)接熱裂紋(wen)形成的(de)可能性(xing)。

當然，δ鐵素體的(de)存在，有時也(ye)會有不(bu)利作(zuo)用。主要表現如下:

  a. 鐵素體(ti)與(yu)奧(ao)氏體(ti)電位不同，在某些(xie)條(tiao)件下會增(zeng)加腐蝕傾(qing)向。

  b. 兩種組織的(de)變形能力不(bu)同(tong)，在壓力加工(gong)時易形成裂紋。

  c. 在高(gao)溫下長期(qi)工(gong)作后，鐵素體內會產(chan)生σ相(xiang)，引起(qi)脆性(xing)及某些條件下的(de)晶間腐蝕(shi)傾向增大。

從上面的(de)(de)(de)分析可(ke)見，奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中存在一定量的(de)(de)(de)δ鐵素(su)體(ti)，在不(bu)同情(qing)況下(xia)的(de)(de)(de)作用是(shi)不(bu)同的(de)(de)(de)，所以(yi)，可(ke)以(yi)根據具體(ti)情(qing)況的(de)(de)(de)需要，通過成分和熱處理的(de)(de)(de)調整，控制(zhi)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中δ鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)含量。

四、充分發揮(hui)奧氏體不銹鋼中穩定化(hua)元素的作(zuo)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(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼制件的應(ying)力及危(wei)害

  當(dang)物(wu)體受到外力(li)作用發生變形時(shi)，其內(nei)部(bu)就會(hui)出現一種抵抗(kang)變形的力(li)；物(wu)體在加熱(re)膨(peng)脹(zhang)和冷(leng)卻收縮(suo)過程中受到阻礙時(shi)，在內(nei)部(bu)也會(hui)產生應力(li)；材料(liao)在加熱(re)或冷(leng)卻過程中，如果有組(zu)織轉(zhuan)變時(shi)，也會(hui)產生相變應力(li)。

 因(yin)此，奧氏體不銹鋼在制造成零(ling)(ling)部(bu)件(jian)的生產加工過程中(zhong)，都不可(ke)避免地(di)產生應力，并殘留在零(ling)(ling)部(bu)件(jian)中(zhong)。

 鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)時，由(you)于鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)形(xing)(xing)(xing)狀、各部位(wei)尺寸不(bu)(bu)(bu)同，冷(leng)卻速度和冷(leng)卻順(shun)序不(bu)(bu)(bu)同，會(hui)產生(sheng)(sheng)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)應力(li)(li)(li)；鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)、軋制時，會(hui)因(yin)(yin)為變(bian)形(xing)(xing)(xing)及變(bian)形(xing)(xing)(xing)量(liang)不(bu)(bu)(bu)同等原(yuan)因(yin)(yin)產生(sheng)(sheng)鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)應力(li)(li)(li)；在機械切(qie)削(xue)加(jia)工(gong)時，因(yin)(yin)切(qie)削(xue)力(li)(li)(li)產生(sheng)(sheng)應力(li)(li)(li)；在焊接(jie)時，工(gong)件(jian)(jian)(jian)不(bu)(bu)(bu)同部位(wei)的(de)不(bu)(bu)(bu)同時加(jia)熱(re)、不(bu)(bu)(bu)同時冷(leng)卻以及焊件(jian)(jian)(jian)各部位(wei)形(xing)(xing)(xing)狀、尺寸不(bu)(bu)(bu)均勻而產生(sheng)(sheng)焊接(jie)應力(li)(li)(li)；復雜(za)件(jian)(jian)(jian)、大(da)型件(jian)(jian)(jian)、截面不(bu)(bu)(bu)均勻件(jian)(jian)(jian)在熱(re)處理快速加(jia)熱(re)或冷(leng)卻過程中(zhong)產生(sheng)(sheng)熱(re)應力(li)(li)(li)等，這些應力(li)(li)(li)的(de)存在，除(chu)會(hui)引(yin)起變(bian)形(xing)(xing)(xing)外，對奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)另一個不(bu)(bu)(bu)良作用是會(hui)在某些使(shi)用環境、條件(jian)(jian)(jian)下發生(sheng)(sheng)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕。所(suo)以，對奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)制造(zao)(zao)(zao)的(de)零(ling)部件(jian)(jian)(jian)應注意消除(chu)殘留(liu)應力(li)(li)(li)。

 具(ju)有(you)殘留(liu)應(ying)力的制件和金屬，由于能(neng)量提高(gao)，原(yuan)子處于熱力學(xue)不穩(wen)定狀態，當將其加(jia)熱到一定溫度，就會較快地恢復到平衡(heng)狀態，使(shi)應(ying)力得以消(xiao)除(chu)。

 適當地熱(re)處理就是減小或(huo)消除奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)殘留應力的重(zhong)要手段之一(yi)。通常叫消除應力熱(re)處理。