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)、奧氏體不(bu)銹鋼中合金碳化(hua)物的析出與溶解

 由于(yu)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中鉻－鎳等合金元(yuan)素的(de)(de)(de)作用，使奧(ao)氏(shi)體向馬氏(shi)體的(de)(de)(de)轉變(bian)開(kai)始溫(wen)度(du)(du)M.降低到(dao)室溫(wen)以(yi)下，高(gao)(gao)溫(wen)時穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體組織(zhi)能保持到(dao)室溫(wen)甚(shen)至更低一(yi)些溫(wen)度(du)(du)而不轉變(bian)。但是，碳在奧(ao)氏(shi)體中的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)(du)隨溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)不同而變(bian)化。高(gao)(gao)溫(wen)時溶(rong)解度(du)(du)大(da)于(yu)低溫(wen)時的(de)(de)(de)溶(rong)解度(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(shi)體(ti)不銹鋼(gang)固溶化熱處理后，應該是奧氏(shi)體(ti)組織。見圖(tu)3-11。

二、奧氏體不銹(xiu)鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼在下(xia)列(lie)情況，有可(ke)能出(chu)現σ相。

  1. 在產生σ相的溫度區間（500~900℃),長(chang)時間加熱(re)。

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中加入了形成鐵素體的元素，如(ru)鈦(tai)、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用形成鐵素體元素高(gao)的(de)焊(han)條施焊(han)的(de)奧氏(shi)體不銹鋼焊(han)縫中。

  4. 鑄(zhu)造的(de)18-8奧氏體不銹鋼，特別是含鈦、鈮、硅元(yuan)素(su)較高的(de)鑄(zhu)造奧氏體不銹鋼中容(rong)易出現σ相(xiang)，這可能(neng)與(yu)鑄(zhu)造不銹鋼中的(de)成分偏析(xi)有關。

以錳、氮代鎳(nie)的鉻－錳－鎳(nie)－氮系奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)中，σ相形(xing)成傾向更(geng)強一些。

圖(tu)(tu)3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏(shi)體不銹鋼中的σ相，圖(tu)(tu)3-13是圖(tu)(tu)3-12的局部(bu)放(fang)大圖(tu)(tu)。

 σ相在奧氏體不銹鋼中的存(cun)在會有不利作用。

 首先，σ相是一種硬度很高、塑(su)性低的(de)金(jin)屬間(jian)相，其存在于(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，特(te)別是沿(yan)晶界析出時，會(hui)對鋼(gang)的(de)塑(su)性產生較大的(de)影響，反映(ying)在鋼(gang)的(de)沖(chong)擊韌(ren)性顯著降(jiang)(jiang)低。有(you)資料(liao)介紹，在含1.36%硅的(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊縫(feng)中，由于(yu)σ相的(de)存在，沖(chong)擊功(gong)可(ke)由105J降(jiang)(jiang)至(zhi)20J.σ相的(de)形成還會(hui)伴(ban)有(you)碳化(hua)物(wu)的(de)析出，而且析出的(de)速(su)度很快，在圖3-13中可(ke)見沿(yan)晶界析出的(de)碳化(hua)物(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(nie)奧氏(shi)體不銹鋼中的(de)σ相在加熱(re)到高于(yu)(yu)其形成溫度后，會重新(xin)溶解。一般認(ren)為，加熱(re)溫度大于(yu)(yu)920℃,之后快(kuai)速(su)冷卻，σ相就(jiu)不會析出。在實際(ji)生(sheng)產(chan)中，采用固溶化熱(re)處(chu)理即可達到目(mu)的(de)。

三(san)、奧氏體不銹鋼中(zhong)的(de)δ鐵素體

奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼在某(mou)些情況下會產(chan)生δ鐵(tie)素體，即高溫鐵(tie)素體。

 1. 在鑄造的(de)鉻(ge)－鎳奧氏體不銹鋼(gang)中，因鑄態化(hua)學成(cheng)分的(de)不均(jun)勻性，在鐵素(su)體形成(cheng)元素(su)偏聚區，易生成(cheng)δ鐵素(su)體，見圖3-14。

 2. 含(han)有較多(duo)鐵(tie)素(su)體(ti)形成(cheng)元素(su)的(de)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)，如含(han)鉬、硅(gui)、鈦、鈮的(de)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中，會存在一定(ding)的(de)δ鐵(tie)素(su)體(ti)。

 3. 某些奧氏體不銹鋼的(de)焊縫組織中，可(ke)能存在δ鐵素體。見圖(tu)3-15.

 4. 奧氏體(ti)不銹鋼中的δ鐵素體(ti)的含量還與固溶化溫度有關，見圖3-16.

δ鐵素體在奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)的存在，會產生不同的作用，有(you)些是有(you)利的，有(you)些是有(you)害的。

 有利的作用如(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(han)有(you)(you)8鐵(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)比純奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)(du)(du)要高。這是(shi)因為從屈服強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)位(wei)錯理論分(fen)析，鐵(tie)素體(ti)具有(you)(you)體(ti)心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)結構(gou)，奧氏(shi)體(ti)具有(you)(you)面心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)結構(gou)，而體(ti)心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)比面心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)的(de)(de)(de)晶(jing)格(ge)（位(wei)錯）阻力大，即屈服強(qiang)度(du)(du)(du)高，從而使含(han)有(you)(you)一定量8鐵(tie)素體(ti)的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)(du)(du)比具有(you)(you)單(dan)一奧氏(shi)體(ti)組織的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)(du)(du)也(ye)提(ti)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)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)接時(shi)，當焊(han)(han)縫中有少量δ鐵素體(ti)時(shi)，可使奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)晶粒(li)長大受到阻礙，打亂柱狀晶方向，細化(hua)晶粒(li)，促(cu)進雜質均(jun)勻(yun)分布，從而減少焊(han)(han)接熱裂紋形成的可能性(xing)。

當然，δ鐵(tie)素體(ti)的存(cun)在，有(you)時也會(hui)有(you)不(bu)利作用(yong)。主要(yao)表現如下(xia):

  a. 鐵素體與(yu)奧氏體電位不同，在某些條件下會增(zeng)加腐(fu)蝕傾向(xiang)。

  b. 兩種組(zu)織的變形(xing)能力不同，在壓力加工(gong)時易(yi)形(xing)成裂紋。

  c. 在高溫下長期(qi)工作后，鐵素體內會產生(sheng)σ相(xiang)，引(yin)起(qi)脆性及某些條件下的晶(jing)間(jian)腐蝕傾向(xiang)增大。

從上面的分析可見(jian)，奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)存(cun)在(zai)一(yi)定量(liang)的δ鐵素體(ti)，在(zai)不同情況(kuang)下的作用(yong)是不同的，所以，可以根(gen)據具(ju)體(ti)情況(kuang)的需要，通過成分和(he)熱處理(li)的調整，控(kong)制奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)δ鐵素體(ti)的含量(liang)。

四、充分發(fa)揮奧氏體不銹鋼中穩(wen)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(ji)危害

  當物體受到外(wai)力(li)(li)作(zuo)用發(fa)生變(bian)形時，其內(nei)部就會出現一(yi)種抵抗變(bian)形的力(li)(li)；物體在加熱膨脹和冷卻(que)收縮(suo)過程(cheng)中受到阻礙時，在內(nei)部也會產生應(ying)力(li)(li)；材料在加熱或冷卻(que)過程(cheng)中，如(ru)果有組織(zhi)轉變(bian)時，也會產生相變(bian)應(ying)力(li)(li)。

 因此，奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)制造成零(ling)部(bu)(bu)件的生產(chan)加工過程中，都不可避免地產(chan)生應力(li)，并殘留在(zai)零(ling)部(bu)(bu)件中。

 鑄造(zao)時，由于鑄件(jian)(jian)形(xing)狀(zhuang)、各部位(wei)尺寸不(bu)(bu)同(tong)，冷(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)速(su)度和冷(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)順序不(bu)(bu)同(tong)，會(hui)(hui)產生(sheng)(sheng)鑄造(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)；鍛造(zao)、軋制時，會(hui)(hui)因(yin)為變(bian)形(xing)及(ji)變(bian)形(xing)量不(bu)(bu)同(tong)等原因(yin)產生(sheng)(sheng)鍛造(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)；在(zai)(zai)機械切削加(jia)(jia)工(gong)時，因(yin)切削力(li)(li)(li)產生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)；在(zai)(zai)焊接時，工(gong)件(jian)(jian)不(bu)(bu)同(tong)部位(wei)的不(bu)(bu)同(tong)時加(jia)(jia)熱(re)(re)、不(bu)(bu)同(tong)時冷(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)以及(ji)焊件(jian)(jian)各部位(wei)形(xing)狀(zhuang)、尺寸不(bu)(bu)均勻而(er)產生(sheng)(sheng)焊接應(ying)(ying)力(li)(li)(li)；復雜件(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)、截面不(bu)(bu)均勻件(jian)(jian)在(zai)(zai)熱(re)(re)處理快(kuai)速(su)加(jia)(jia)熱(re)(re)或(huo)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)過(guo)程中產生(sheng)(sheng)熱(re)(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)等，這些應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的存在(zai)(zai)，除會(hui)(hui)引起變(bian)形(xing)外，對奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼的另(ling)一個不(bu)(bu)良作(zuo)用(yong)是會(hui)(hui)在(zai)(zai)某(mou)些使用(yong)環(huan)境(jing)、條件(jian)(jian)下(xia)發生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕。所以，對奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼制造(zao)的零(ling)部件(jian)(jian)應(ying)(ying)注意(yi)消除殘(can)留應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。

 具有(you)殘留應力(li)(li)的制件和(he)金屬，由于能量提高，原子處于熱力(li)(li)學(xue)不穩定(ding)狀(zhuang)態(tai)，當將其加熱到(dao)一定(ding)溫度，就(jiu)會較快(kuai)地恢(hui)復到(dao)平衡狀(zhuang)態(tai)，使應力(li)(li)得(de)以消除(chu)。

 適當地熱處(chu)理就是減(jian)小(xiao)或消除奧氏體不銹(xiu)鋼殘留應力的重要手段(duan)之一(yi)。通(tong)常叫消除應力熱處(chu)理。