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(de)析出與(yu)溶解

 由于奧(ao)(ao)氏體不(bu)銹鋼中(zhong)鉻(ge)－鎳等合金元素的(de)作用(yong)，使奧(ao)(ao)氏體向馬氏體的(de)轉變開始溫(wen)(wen)度M.降(jiang)低到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)以(yi)下，高溫(wen)(wen)時(shi)穩(wen)定的(de)奧(ao)(ao)氏體組織能保持到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)甚至更低一些溫(wen)(wen)度而不(bu)轉變。但是，碳(tan)在奧(ao)(ao)氏體中(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度隨(sui)溫(wen)(wen)度的(de)不(bu)同而變化。高溫(wen)(wen)時(shi)溶解(jie)(jie)度大于低溫(wen)(wen)時(shi)的(de)溶解(jie)(jie)度，見圖(tu)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(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)固溶化熱(re)處理后(hou)，應該(gai)是(shi)奧(ao)氏(shi)體組織(zhi)。見(jian)圖3-11。

二、奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼在下列情況(kuang)，有可能出現(xian)σ相。

  1. 在產生σ相的(de)溫度區間(jian)（500~900℃),長時間(jian)加熱(re)。

  2. 在鉻－鎳奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)加入了形(xing)成鐵素體的元素，如鈦、鈮、鉬、硅(gui)等。

  3. 采用形成鐵素體(ti)元素高(gao)的焊條施焊的奧氏體(ti)不(bu)銹鋼焊縫中。

  4. 鑄造(zao)(zao)的18-8奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)，特別是(shi)含鈦、鈮(ni)、硅(gui)元素較高的鑄造(zao)(zao)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)容(rong)易出現(xian)σ相(xiang)，這可能與鑄造(zao)(zao)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的成分偏(pian)析有關。

以錳、氮代鎳(nie)的鉻－錳－鎳(nie)－氮系奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中，σ相形(xing)成傾向更強(qiang)一些。

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

 σ相在(zai)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼中的存在(zai)會有不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是一種硬度(du)很高、塑(su)性(xing)低的(de)(de)(de)金屬間相(xiang)，其存在于(yu)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)，特別是沿晶(jing)界析(xi)(xi)出時，會(hui)對(dui)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)塑(su)性(xing)產生(sheng)較大的(de)(de)(de)影響，反映在鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)沖擊韌性(xing)顯著降低。有資料(liao)介紹，在含1.36%硅(gui)的(de)(de)(de)18Cr-8Ni奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊縫中(zhong)，由(you)于(yu)σ相(xiang)的(de)(de)(de)存在，沖擊功(gong)可由(you)105J降至(zhi)20J.σ相(xiang)的(de)(de)(de)形成(cheng)還會(hui)伴有碳化物的(de)(de)(de)析(xi)(xi)出，而且(qie)析(xi)(xi)出的(de)(de)(de)速度(du)很快，在圖3-13中(zhong)可見沿晶(jing)界析(xi)(xi)出的(de)(de)(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－鎳奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中的(de)σ相在(zai)加(jia)熱(re)到高于其(qi)形(xing)成溫度后，會重新溶(rong)解。一般認(ren)為，加(jia)熱(re)溫度大于920℃,之后快速冷卻，σ相就不(bu)會析出(chu)。在(zai)實(shi)際生產中，采用固(gu)溶(rong)化熱(re)處理即可達到目的(de)。

三、奧氏體不銹鋼中(zhong)的δ鐵素(su)體

奧氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼在某些情況下(xia)會產(chan)生δ鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)，即高溫鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)。

 1. 在鑄造的鉻－鎳奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，因鑄態化學成(cheng)分的不(bu)均勻性，在鐵素體(ti)形成(cheng)元素偏聚區，易生成(cheng)δ鐵素體(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵(tie)素體(ti)形成元素的奧氏體(ti)不銹鋼，如含鉬(mu)、硅、鈦、鈮的奧氏體(ti)不銹鋼中，會存在一(yi)定的δ鐵(tie)素體(ti)。

 3. 某些奧氏(shi)體不銹鋼的焊縫組織中，可能存(cun)在δ鐵素(su)體。見圖3-15.

 4. 奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵(tie)素(su)體(ti)的含(han)量還與固溶化溫(wen)度有關(guan)，見圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不(bu)銹鋼中的存(cun)在，會產生(sheng)不(bu)同(tong)的作用(yong)，有(you)些是(shi)有(you)利(li)的，有(you)些是(shi)有(you)害的。

 有利(li)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)的奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)比(bi)純奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的屈服強度(du)(du)要(yao)高。這(zhe)是因(yin)為從(cong)屈服強度(du)(du)的位(wei)錯(cuo)理論分析，鐵素(su)體(ti)具(ju)(ju)(ju)有體(ti)心立方晶(jing)格(ge)結(jie)構，奧氏(shi)體(ti)具(ju)(ju)(ju)有面(mian)心立方晶(jing)格(ge)結(jie)構，而(er)體(ti)心立方晶(jing)格(ge)比(bi)面(mian)心立方晶(jing)格(ge)的晶(jing)格(ge)（位(wei)錯(cuo)）阻力大，即屈服強度(du)(du)高，從(cong)而(er)使含有一定量8鐵素(su)體(ti)的奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的屈服強度(du)(du)比(bi)具(ju)(ju)(ju)有單一奧氏(shi)體(ti)組(zu)織的奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的屈服強度(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(ao)氏(shi)體不銹鋼焊接時(shi)，當焊縫(feng)中有少量δ鐵素(su)體時(shi)，可使奧(ao)氏(shi)體晶(jing)(jing)粒長大受到(dao)阻礙，打亂柱(zhu)狀晶(jing)(jing)方(fang)向，細(xi)化晶(jing)(jing)粒，促進雜質均勻分布，從而減少焊接熱裂紋形成(cheng)的可能性。

當然，δ鐵素(su)體(ti)的存在，有(you)(you)時也(ye)會有(you)(you)不利作用。主要表現如下:

  a. 鐵素體與奧氏體電位不(bu)同，在某些條件下會增加(jia)腐蝕傾向。

  b. 兩(liang)種組織(zhi)的變(bian)形能力不(bu)同，在(zai)壓力加工(gong)時易形成裂紋。

  c. 在(zai)高(gao)溫下(xia)長期工(gong)作(zuo)后，鐵(tie)素(su)體內會產生σ相，引起脆(cui)性及某些條件下(xia)的(de)晶間腐蝕傾向增(zeng)大。

從上面的分析(xi)可見，奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)中存在一定量的δ鐵素體(ti)(ti)，在不(bu)同(tong)情(qing)況(kuang)下的作(zuo)用是(shi)不(bu)同(tong)的，所(suo)以，可以根(gen)據具體(ti)(ti)情(qing)況(kuang)的需要，通過成分和熱處理的調(diao)整，控制(zhi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)中δ鐵素體(ti)(ti)的含量。

四、充分發揮奧氏體不銹鋼中(zhong)穩(wen)定化元素的作用

 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、奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼制件(jian)的應力及危(wei)害

  當物(wu)體受(shou)到外力(li)作用發生變(bian)形時(shi)，其內部(bu)就會(hui)出現一種抵抗變(bian)形的力(li)；物(wu)體在(zai)加熱(re)膨脹和冷卻(que)(que)收(shou)縮(suo)過(guo)程中受(shou)到阻礙時(shi)，在(zai)內部(bu)也(ye)會(hui)產(chan)生應力(li)；材(cai)料在(zai)加熱(re)或冷卻(que)(que)過(guo)程中，如(ru)果有組織(zhi)轉變(bian)時(shi)，也(ye)會(hui)產(chan)生相變(bian)應力(li)。

 因此，奧氏(shi)體不(bu)銹鋼在制造成零部件(jian)(jian)的生產加工(gong)過程中(zhong)(zhong)，都不(bu)可避免地產生應力，并殘留在零部件(jian)(jian)中(zhong)(zhong)。

 鑄造(zao)時，由于鑄件(jian)形(xing)(xing)(xing)狀、各部(bu)位尺寸不(bu)同(tong)(tong)，冷(leng)卻(que)速度和冷(leng)卻(que)順序不(bu)同(tong)(tong)，會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)(sheng)鑄造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；鍛(duan)造(zao)、軋制(zhi)時，會(hui)(hui)因(yin)為變形(xing)(xing)(xing)及變形(xing)(xing)(xing)量不(bu)同(tong)(tong)等原因(yin)產(chan)生(sheng)(sheng)鍛(duan)造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在機(ji)械切(qie)削(xue)加(jia)工時，因(yin)切(qie)削(xue)力(li)(li)產(chan)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在焊(han)接時，工件(jian)不(bu)同(tong)(tong)部(bu)位的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)時加(jia)熱、不(bu)同(tong)(tong)時冷(leng)卻(que)以(yi)及焊(han)件(jian)各部(bu)位形(xing)(xing)(xing)狀、尺寸不(bu)均勻(yun)而產(chan)生(sheng)(sheng)焊(han)接應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)、大(da)型件(jian)、截面不(bu)均勻(yun)件(jian)在熱處理快速加(jia)熱或冷(leng)卻(que)過程中產(chan)生(sheng)(sheng)熱應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)等，這些應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)存在，除會(hui)(hui)引起變形(xing)(xing)(xing)外，對奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)另一個不(bu)良作(zuo)用(yong)是會(hui)(hui)在某些使用(yong)環境、條件(jian)下發生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)。所以(yi)，對奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)制(zhi)造(zao)的(de)(de)零部(bu)件(jian)應(ying)(ying)(ying)注意消除殘留應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。

 具有殘(can)留應力(li)的制件(jian)和(he)金屬，由于能量提(ti)高(gao)，原(yuan)子處(chu)于熱力(li)學不(bu)穩定(ding)狀(zhuang)態，當將其加熱到一定(ding)溫(wen)度(du)，就會較快地恢復(fu)到平衡狀(zhuang)態，使應力(li)得以消除。

 適當地熱(re)處理就是減小或消(xiao)(xiao)除奧氏(shi)體不銹鋼殘留(liu)應力的(de)重(zhong)要手(shou)段(duan)之一。通(tong)常叫消(xiao)(xiao)除應力熱(re)處理。