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(yi)、奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中合金(jin)碳(tan)化物的析出與溶解(jie)

 由于(yu)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中鉻－鎳等合金元素的作用，使奧(ao)氏體向馬氏體的轉(zhuan)變(bian)開始溫(wen)度(du)M.降(jiang)低到(dao)室溫(wen)以(yi)下，高溫(wen)時穩定的奧(ao)氏體組織能保持(chi)到(dao)室溫(wen)甚(shen)至更(geng)低一些溫(wen)度(du)而(er)不(bu)轉(zhuan)變(bian)。但(dan)是，碳(tan)在奧(ao)氏體中的溶(rong)解(jie)度(du)隨溫(wen)度(du)的不(bu)同而(er)變(bian)化(hua)。高溫(wen)時溶(rong)解(jie)度(du)大于(yu)低溫(wen)時的溶(rong)解(jie)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。

奧氏體(ti)不銹鋼固溶化熱(re)處(chu)理后，應該是(shi)奧氏體(ti)組織。見圖3-11。

二、奧氏體(ti)不銹鋼中的σ相

奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼在下列情(qing)況，有可能出現σ相。

  1. 在產生σ相的溫度區間（500~900℃),長時間加熱。

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

  3. 采用形成(cheng)鐵素體(ti)(ti)元(yuan)素高的(de)焊條施焊的(de)奧氏體(ti)(ti)不銹鋼焊縫中(zhong)。

  4. 鑄造(zao)的18-8奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)，特別是含鈦、鈮、硅元(yuan)素較(jiao)高的鑄造(zao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)容易(yi)出現σ相，這可能與鑄造(zao)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的成分偏析有關。

以錳、氮代鎳的(de)鉻(ge)－錳－鎳－氮系奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中，σ相形成傾向更(geng)強一些(xie)。

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

 σ相(xiang)在奧氏體不銹(xiu)鋼中的存在會有不利作用。

 首先，σ相(xiang)是一(yi)種(zhong)硬度很(hen)高、塑性低(di)的(de)金屬間(jian)相(xiang)，其存在(zai)(zai)(zai)于奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼中，特別是沿晶界(jie)析出時，會(hui)對鋼的(de)塑性產(chan)生較(jiao)大的(de)影響，反映在(zai)(zai)(zai)鋼的(de)沖擊(ji)韌性顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)。有(you)資(zi)料介紹，在(zai)(zai)(zai)含(han)1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼焊縫中，由于σ相(xiang)的(de)存在(zai)(zai)(zai)，沖擊(ji)功(gong)可(ke)由105J降(jiang)至20J.σ相(xiang)的(de)形成還(huan)會(hui)伴(ban)有(you)碳化物(wu)(wu)的(de)析出，而且析出的(de)速度很(hen)快(kuai)，在(zai)(zai)(zai)圖3-13中可(ke)見(jian)沿晶界(jie)析出的(de)碳化物(wu)(wu)。

 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－鎳奧氏體不銹鋼中(zhong)的σ相在(zai)加(jia)熱到(dao)高于(yu)其形成溫(wen)度后，會重新溶解。一般(ban)認為(wei)，加(jia)熱溫(wen)度大于(yu)920℃,之后快速冷(leng)卻，σ相就(jiu)不會析(xi)出(chu)。在(zai)實(shi)際生產中(zhong)，采用固溶化(hua)熱處理即(ji)可達到(dao)目的。

三、奧氏體不(bu)銹鋼中的δ鐵素體

奧氏體(ti)不銹鋼在某些情(qing)況下(xia)會產生δ鐵素體(ti)，即(ji)高溫鐵素體(ti)。

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

 2. 含有較多(duo)鐵(tie)(tie)素(su)體形成元素(su)的(de)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)，如含鉬、硅、鈦、鈮的(de)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中，會存在一(yi)定的(de)δ鐵(tie)(tie)素(su)體。

 3. 某些奧氏(shi)體不銹鋼的焊縫組織中(zhong)，可能存在δ鐵素體。見圖3-15.

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

δ鐵素體在奧氏體不(bu)銹鋼中的(de)存在，會產(chan)生不(bu)同的(de)作用，有(you)些是有(you)利的(de)，有(you)些是有(you)害的(de)。

 有利(li)的作用(yong)如(ru)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鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)比純奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)度要(yao)高(gao)。這是因為(wei)從(cong)屈(qu)服(fu)強(qiang)度的(de)(de)位(wei)錯理(li)論分析，鐵素體(ti)(ti)具(ju)有(you)體(ti)(ti)心立(li)(li)方(fang)(fang)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)結構，奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)具(ju)有(you)面(mian)心立(li)(li)方(fang)(fang)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)結構，而體(ti)(ti)心立(li)(li)方(fang)(fang)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)比面(mian)心立(li)(li)方(fang)(fang)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)的(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)（位(wei)錯）阻力大，即屈(qu)服(fu)強(qiang)度高(gao)，從(cong)而使含有(you)一(yi)定量8鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)度比具(ju)有(you)單一(yi)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)度也提高(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. 奧氏體不銹鋼(gang)焊(han)(han)接時，當(dang)焊(han)(han)縫中有少量δ鐵素體時，可(ke)使奧氏體晶(jing)粒長大受到阻礙，打亂柱狀(zhuang)晶(jing)方(fang)向，細化晶(jing)粒，促進雜質均勻分布(bu)，從而減少焊(han)(han)接熱裂紋形成的可(ke)能性。

當然，δ鐵素體的存在，有(you)(you)時也會有(you)(you)不利作用。主要表現如下:

  a. 鐵素體與(yu)奧(ao)氏體電位(wei)不同，在某些(xie)條(tiao)件(jian)下會增(zeng)加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的(de)變形能力(li)不同，在(zai)壓力(li)加工(gong)時易形成裂紋(wen)。

  c. 在高溫下長期工作(zuo)后，鐵素體(ti)內會(hui)產生σ相，引起脆性及(ji)某些(xie)條件下的晶間腐蝕傾向增大(da)。

從(cong)上面的(de)(de)分(fen)析可見，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)存在(zai)一定量的(de)(de)δ鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)，在(zai)不同情況下的(de)(de)作用是不同的(de)(de)，所以，可以根據具體(ti)(ti)(ti)情況的(de)(de)需(xu)要(yao)，通過成分(fen)和熱處理的(de)(de)調整(zheng)，控制(zhi)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)δ鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)含量。

四、充分(fen)發揮奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中穩定化元素的(de)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)氏體不銹鋼制件的(de)應力及危害

  當(dang)物體(ti)受到(dao)外力作用(yong)發生(sheng)變(bian)(bian)形時，其內部就會出現一種抵抗變(bian)(bian)形的力；物體(ti)在加熱(re)膨脹和冷(leng)卻(que)收縮過(guo)程中(zhong)受到(dao)阻礙(ai)時，在內部也(ye)會產生(sheng)應(ying)力；材(cai)料在加熱(re)或冷(leng)卻(que)過(guo)程中(zhong)，如果(guo)有組織轉變(bian)(bian)時，也(ye)會產生(sheng)相變(bian)(bian)應(ying)力。

 因此，奧氏體不銹鋼在(zai)制造(zao)成零(ling)部(bu)件的(de)生產加工過程(cheng)中(zhong)，都不可避免(mian)地產生應力，并殘留在(zai)零(ling)部(bu)件中(zhong)。

 鑄造時(shi)，由于鑄件(jian)(jian)形(xing)狀(zhuang)、各部(bu)位尺寸不(bu)同，冷(leng)卻(que)(que)速(su)度(du)和冷(leng)卻(que)(que)順序不(bu)同，會(hui)(hui)產生(sheng)鑄造應(ying)力(li)(li)；鍛造、軋制時(shi)，會(hui)(hui)因(yin)為(wei)變形(xing)及(ji)變形(xing)量不(bu)同等原因(yin)產生(sheng)鍛造應(ying)力(li)(li)；在(zai)機械切(qie)削(xue)加工時(shi)，因(yin)切(qie)削(xue)力(li)(li)產生(sheng)應(ying)力(li)(li)；在(zai)焊接時(shi)，工件(jian)(jian)不(bu)同部(bu)位的(de)不(bu)同時(shi)加熱、不(bu)同時(shi)冷(leng)卻(que)(que)以(yi)及(ji)焊件(jian)(jian)各部(bu)位形(xing)狀(zhuang)、尺寸不(bu)均(jun)(jun)勻而(er)產生(sheng)焊接應(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)、截面不(bu)均(jun)(jun)勻件(jian)(jian)在(zai)熱處理快速(su)加熱或冷(leng)卻(que)(que)過程中產生(sheng)熱應(ying)力(li)(li)等，這些應(ying)力(li)(li)的(de)存在(zai)，除會(hui)(hui)引起變形(xing)外，對(dui)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼的(de)另一個不(bu)良作用是會(hui)(hui)在(zai)某(mou)些使用環境、條件(jian)(jian)下發生(sheng)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)。所以(yi)，對(dui)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼制造的(de)零部(bu)件(jian)(jian)應(ying)注意(yi)消(xiao)除殘留應(ying)力(li)(li)。

 具有(you)殘留應力(li)的制件和金屬(shu)，由于能(neng)量提高(gao)，原子處于熱(re)力(li)學不穩定(ding)狀態，當將其加熱(re)到(dao)一定(ding)溫(wen)度，就會較快地恢復到(dao)平衡狀態，使(shi)應力(li)得以消除。

 適當地(di)熱處理(li)就是減(jian)小或消(xiao)(xiao)除奧氏體不銹鋼殘留應(ying)力的(de)重要手段之(zhi)一。通常叫消(xiao)(xiao)除應(ying)力熱處理(li)。