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(bu)銹鋼中合金碳化物的析出(chu)與溶解(jie)

 由于(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)鉻－鎳等合金(jin)元素的(de)作用，使奧(ao)氏體(ti)(ti)向馬(ma)氏體(ti)(ti)的(de)轉(zhuan)(zhuan)變開始溫(wen)(wen)(wen)度M.降(jiang)低(di)到(dao)室溫(wen)(wen)(wen)以下，高溫(wen)(wen)(wen)時(shi)穩定的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)組(zu)織能保持到(dao)室溫(wen)(wen)(wen)甚至更低(di)一些溫(wen)(wen)(wen)度而(er)不(bu)轉(zhuan)(zhuan)變。但是，碳在奧(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)的(de)溶解(jie)度隨溫(wen)(wen)(wen)度的(de)不(bu)同而(er)變化(hua)。高溫(wen)(wen)(wen)時(shi)溶解(jie)度大于(yu)(yu)低(di)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)的(de)溶解(jie)度，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(ti)不(bu)銹鋼(gang)固溶化熱處理后，應該是奧氏體(ti)組織。見圖(tu)3-11。

二、奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼(gang)在下列情況(kuang)，有可能出現σ相。

  1. 在產(chan)生σ相(xiang)的溫度區間(jian)（500~900℃),長時間(jian)加熱(re)。

  2. 在鉻(ge)－鎳奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中加入了(le)形成鐵素(su)體(ti)的元素(su)，如鈦、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用形成鐵素體元素高(gao)的焊條(tiao)施焊的奧氏體不銹(xiu)鋼焊縫中。

  4. 鑄(zhu)造的(de)18-8奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，特別是含鈦、鈮、硅元素較高(gao)的(de)鑄(zhu)造奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中容易出(chu)現σ相，這可能與(yu)鑄(zhu)造不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)成分(fen)偏析有關。

以(yi)錳(meng)、氮代(dai)鎳的(de)鉻－錳(meng)－鎳－氮系(xi)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中，σ相(xiang)形成傾向更強一些。

圖3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏(shi)體不銹鋼中的(de)σ相，圖3-13是圖3-12的(de)局部放(fang)大圖。

 σ相在奧氏體不銹(xiu)鋼中的(de)存(cun)在會(hui)有不利作用(yong)。

 首先，σ相(xiang)(xiang)是(shi)一(yi)種硬(ying)度(du)很高、塑性低(di)(di)的(de)(de)金屬(shu)間相(xiang)(xiang)，其存(cun)在于奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)中，特別(bie)是(shi)沿(yan)晶(jing)界(jie)析(xi)(xi)出時，會(hui)對鋼(gang)的(de)(de)塑性產生較大的(de)(de)影響(xiang)，反映在鋼(gang)的(de)(de)沖擊(ji)韌性顯著降(jiang)低(di)(di)。有資料介紹(shao)，在含1.36%硅(gui)的(de)(de)18Cr-8Ni奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)焊縫中，由于σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)存(cun)在，沖擊(ji)功可由105J降(jiang)至20J.σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成還(huan)會(hui)伴(ban)有碳化物的(de)(de)析(xi)(xi)出，而且析(xi)(xi)出的(de)(de)速度(du)很快(kuai)，在圖3-13中可見沿(yan)晶(jing)界(jie)析(xi)(xi)出的(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(nie)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中的σ相在加(jia)熱(re)到高(gao)于其(qi)形成溫度(du)后，會(hui)(hui)重新溶解(jie)。一般認(ren)為，加(jia)熱(re)溫度(du)大于920℃,之后快速冷卻，σ相就(jiu)不(bu)會(hui)(hui)析出。在實際生產(chan)中，采用固溶化熱(re)處(chu)理即可達到目(mu)的。

三、奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼中的δ鐵素體

奧氏體不銹鋼在某些情(qing)況下會產生δ鐵素體，即高(gao)溫(wen)鐵素體。

 1. 在鑄(zhu)造的(de)鉻－鎳奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼中，因(yin)鑄(zhu)態(tai)化學成分的(de)不均勻(yun)性，在鐵(tie)素體(ti)形成元素偏聚區，易生成δ鐵(tie)素體(ti)，見圖3-14。

 2. 含(han)有(you)較多鐵(tie)素體(ti)形成元素的奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)，如(ru)含(han)鉬、硅、鈦、鈮的奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)中，會存(cun)在一定的δ鐵(tie)素體(ti)。

 3. 某些(xie)奧氏體(ti)不銹鋼的焊縫組織中，可能存(cun)在δ鐵素(su)體(ti)。見(jian)圖3-15.

 4. 奧氏體不銹(xiu)鋼中的(de)δ鐵素體的(de)含量還與固溶化溫度(du)有關，見圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不銹鋼中的(de)存在，會產(chan)生不同的(de)作(zuo)用(yong)，有(you)(you)些(xie)是有(you)(you)利(li)的(de)，有(you)(you)些(xie)是有(you)(you)害的(de)。

 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(han)有(you)(you)8鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼比純奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼的(de)屈(qu)(qu)服強度要高。這是因為(wei)從屈(qu)(qu)服強度的(de)位錯(cuo)(cuo)理(li)論分(fen)析，鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)具有(you)(you)體(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格(ge)結構，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)具有(you)(you)面心立(li)方(fang)晶格(ge)結構，而(er)體(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格(ge)比面心立(li)方(fang)晶格(ge)的(de)晶格(ge)（位錯(cuo)(cuo)）阻力大，即屈(qu)(qu)服強度高，從而(er)使含(han)有(you)(you)一(yi)定量8鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼的(de)屈(qu)(qu)服強度比具有(you)(you)單一(yi)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)組織的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼的(de)屈(qu)(qu)服強度也提高了。

 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(shi)體不銹鋼(gang)焊接時，當焊縫中有少(shao)量δ鐵素體時，可(ke)使奧氏(shi)體晶粒長大受到(dao)阻礙(ai)，打(da)亂柱狀晶方向，細(xi)化晶粒，促進雜質均勻分(fen)布(bu)，從而減(jian)少(shao)焊接熱裂紋形成的可(ke)能(neng)性。

當(dang)然，δ鐵素體的(de)存在，有時也會(hui)有不(bu)利(li)作用。主要表現如(ru)下(xia):

  a. 鐵素(su)體與奧(ao)氏體電位不同，在某些條件下(xia)會增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的(de)變形能力(li)不同(tong)，在壓(ya)力(li)加工(gong)時易形成裂紋。

  c. 在高(gao)溫下長期工作后，鐵素體內會產(chan)生σ相，引(yin)起脆性及某些條件下的晶間腐蝕(shi)傾向增(zeng)大。

從上面的分析可見，奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中存在一定量的δ鐵(tie)素(su)體(ti)，在不(bu)同情況下的作用是不(bu)同的，所以(yi)，可以(yi)根據具體(ti)情況的需(xu)要，通(tong)過成分和(he)熱處理的調整，控制奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中δ鐵(tie)素(su)體(ti)的含量。

四、充分發揮奧氏體不銹鋼中穩定化元(yuan)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、奧氏體不銹(xiu)鋼制件的應力(li)及危害

  當(dang)物體受到(dao)外力作用發(fa)生(sheng)變(bian)(bian)(bian)形時(shi)，其內(nei)部(bu)就(jiu)會(hui)出現一種抵抗變(bian)(bian)(bian)形的力；物體在(zai)加(jia)(jia)熱膨脹和冷卻(que)收(shou)縮過程(cheng)中(zhong)受到(dao)阻礙(ai)時(shi)，在(zai)內(nei)部(bu)也會(hui)產生(sheng)應力；材料在(zai)加(jia)(jia)熱或冷卻(que)過程(cheng)中(zhong)，如果有組織轉變(bian)(bian)(bian)時(shi)，也會(hui)產生(sheng)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)應力。

 因此，奧氏體(ti)不銹鋼在(zai)制(zhi)造成零(ling)部件的(de)生產加(jia)工(gong)過(guo)程中(zhong)，都(dou)不可避免地產生應力，并殘(can)留在(zai)零(ling)部件中(zhong)。

 鑄(zhu)造時，由于鑄(zhu)件(jian)形(xing)狀、各部(bu)(bu)位尺寸(cun)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，冷(leng)卻(que)速度和冷(leng)卻(que)順序不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，會(hui)產(chan)生(sheng)鑄(zhu)造應(ying)(ying)(ying)力(li)；鍛造、軋制時，會(hui)因為變形(xing)及變形(xing)量不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)等(deng)原(yuan)因產(chan)生(sheng)鍛造應(ying)(ying)(ying)力(li)；在(zai)(zai)機(ji)械切削(xue)加工時，因切削(xue)力(li)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)；在(zai)(zai)焊接時，工件(jian)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)部(bu)(bu)位的不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)時加熱(re)(re)(re)、不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)時冷(leng)卻(que)以(yi)(yi)及焊件(jian)各部(bu)(bu)位形(xing)狀、尺寸(cun)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)而產(chan)生(sheng)焊接應(ying)(ying)(ying)力(li)；復雜(za)件(jian)、大(da)型件(jian)、截(jie)面不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻(yun)件(jian)在(zai)(zai)熱(re)(re)(re)處理(li)快速加熱(re)(re)(re)或冷(leng)卻(que)過程(cheng)中產(chan)生(sheng)熱(re)(re)(re)應(ying)(ying)(ying)力(li)等(deng)，這些(xie)應(ying)(ying)(ying)力(li)的存(cun)在(zai)(zai)，除(chu)會(hui)引起變形(xing)外，對奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼的另一個不(bu)(bu)(bu)良(liang)作(zuo)用(yong)是(shi)會(hui)在(zai)(zai)某些(xie)使用(yong)環境、條(tiao)件(jian)下(xia)發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)。所以(yi)(yi)，對奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼制造的零部(bu)(bu)件(jian)應(ying)(ying)(ying)注(zhu)意消除(chu)殘(can)留應(ying)(ying)(ying)力(li)。

 具有殘(can)留(liu)應(ying)力的制(zhi)件(jian)和(he)金屬，由于能量提高(gao)，原子(zi)處于熱力學不穩定狀態，當(dang)將其加熱到一(yi)定溫度(du)，就會較快地恢復到平衡狀態，使(shi)應(ying)力得以消除。

 適當地熱(re)處(chu)理(li)就(jiu)是減(jian)小(xiao)或消(xiao)除奧氏體不銹鋼殘留應力的重要手段之一。通(tong)常叫消(xiao)除應力熱(re)處(chu)理(li)。