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)、奧氏體不銹鋼中合金碳化物的(de)析(xi)出與(yu)溶解

 由于奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)鉻(ge)－鎳等合金元素的(de)作用(yong)，使奧氏體(ti)(ti)向馬(ma)氏體(ti)(ti)的(de)轉變(bian)(bian)開始溫(wen)度(du)M.降低到室溫(wen)以下，高溫(wen)時(shi)穩(wen)定的(de)奧氏體(ti)(ti)組(zu)織能(neng)保持到室溫(wen)甚至(zhi)更低一些溫(wen)度(du)而不(bu)(bu)轉變(bian)(bian)。但是，碳(tan)在奧氏體(ti)(ti)中(zhong)的(de)溶解(jie)度(du)隨溫(wen)度(du)的(de)不(bu)(bu)同而變(bian)(bian)化。高溫(wen)時(shi)溶解(jie)度(du)大于低溫(wen)時(shi)的(de)溶解(jie)度(du)，見(jian)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(gang)固溶化熱處理后(hou)，應該是奧氏體組(zu)織。見圖3-11。

二、奧氏(shi)體不銹鋼(gang)中的σ相(xiang)

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

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

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中加(jia)入了形成鐵素(su)體的元(yuan)素(su)，如(ru)鈦、鈮(ni)、鉬、硅(gui)等。

  3. 采用形成(cheng)鐵(tie)素體元素高的焊(han)條施焊(han)的奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)焊(han)縫中。

  4. 鑄(zhu)造的18-8奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，特別(bie)是(shi)含鈦(tai)、鈮、硅元素較高(gao)的鑄(zhu)造奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中容易出現(xian)σ相，這(zhe)可能(neng)與鑄(zhu)造不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中的成分偏析有關。

以錳、氮(dan)代鎳(nie)的鉻－錳－鎳(nie)－氮(dan)系(xi)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中，σ相形成(cheng)傾向更(geng)強(qiang)一些(xie)。

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

 σ相(xiang)在奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼中的存在會有不(bu)利作用。

 首(shou)先，σ相是(shi)一種硬(ying)度很(hen)高、塑(su)性低(di)的(de)(de)金屬間(jian)相，其存在(zai)于奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，特(te)別是(shi)沿晶界(jie)析(xi)出時(shi)，會對鋼(gang)的(de)(de)塑(su)性產生較(jiao)大的(de)(de)影響，反映在(zai)鋼(gang)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性顯(xian)著(zhu)降低(di)。有(you)資料介紹，在(zai)含1.36%硅(gui)的(de)(de)18Cr-8Ni奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)縫中，由(you)于σ相的(de)(de)存在(zai)，沖(chong)擊(ji)功可(ke)由(you)105J降至20J.σ相的(de)(de)形成還(huan)會伴有(you)碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)(de)析(xi)出，而且析(xi)出的(de)(de)速度很(hen)快，在(zai)圖3-13中可(ke)見沿晶界(jie)析(xi)出的(de)(de)碳(tan)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(ao)氏體不銹鋼中的(de)σ相(xiang)在(zai)加(jia)熱(re)到高于其形成溫度后(hou)，會重新溶解(jie)。一般(ban)認(ren)為，加(jia)熱(re)溫度大(da)于920℃,之后(hou)快速(su)冷卻，σ相(xiang)就不會析出。在(zai)實(shi)際生產中，采用固(gu)溶化熱(re)處理即(ji)可達到目(mu)的(de)。

三、奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中的δ鐵素(su)體(ti)

奧氏體不(bu)銹鋼在某(mou)些情況下會產生δ鐵(tie)素體，即高(gao)溫鐵(tie)素體。

 1. 在鑄造的(de)鉻－鎳奧氏體不銹鋼中，因(yin)鑄態(tai)化(hua)學成分的(de)不均勻性，在鐵素體形成元(yuan)素偏(pian)聚(ju)區(qu)，易生成δ鐵素體，見圖(tu)3-14。

 2. 含(han)有較多鐵素(su)體(ti)(ti)形成元(yuan)素(su)的奧氏體(ti)(ti)不銹鋼，如含(han)鉬、硅(gui)、鈦、鈮的奧氏體(ti)(ti)不銹鋼中，會(hui)存在(zai)一定的δ鐵素(su)體(ti)(ti)。

 3. 某(mou)些奧氏體不銹鋼的焊縫組織中，可能存(cun)在δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧氏體(ti)不銹鋼中的(de)δ鐵素體(ti)的(de)含量還與(yu)固溶化溫度有(you)關，見圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)存在，會(hui)產生不(bu)同(tong)的(de)作用，有(you)(you)些是有(you)(you)利的(de)，有(you)(you)些是有(you)(you)害的(de)。

 有利的作用如下：

 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鐵素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼比純奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)(du)要(yao)高。這是因(yin)為從屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)位錯(cuo)理(li)論分(fen)析，鐵素體(ti)(ti)(ti)具(ju)有體(ti)(ti)(ti)心立方晶格(ge)(ge)結(jie)構，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)具(ju)有面(mian)心立方晶格(ge)(ge)結(jie)構，而體(ti)(ti)(ti)心立方晶格(ge)(ge)比面(mian)心立方晶格(ge)(ge)的(de)(de)晶格(ge)(ge)（位錯(cuo)）阻力大，即屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)(du)高，從而使含有一定(ding)量8鐵素體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)(du)比具(ju)有單一奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)組織的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)(du)也(ye)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)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)焊接時(shi)，當焊縫(feng)中有(you)少(shao)量δ鐵素體(ti)(ti)時(shi)，可(ke)使奧(ao)氏體(ti)(ti)晶粒(li)長大受到阻礙，打亂柱狀晶方向，細化晶粒(li)，促進雜質均勻分布，從而減少(shao)焊接熱裂紋形成的可(ke)能性。

當然(ran)，δ鐵素體的存在，有時也會(hui)有不(bu)利作用。主要表現如下(xia):

  a. 鐵素體與(yu)奧氏體電(dian)位不(bu)同(tong)，在某些條件下會增(zeng)加腐蝕(shi)傾向(xiang)。

  b. 兩種組織的變形能力(li)不(bu)同，在(zai)壓力(li)加工時易形成裂紋(wen)。

  c. 在高溫下(xia)長期工作后，鐵素體內會產生σ相(xiang)，引(yin)起脆性及某些(xie)條件下(xia)的晶(jing)間腐蝕傾向增大。

從(cong)上面的(de)分析(xi)可見，奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)存在一定量(liang)的(de)δ鐵素體(ti)，在不同情況(kuang)(kuang)下(xia)的(de)作用是不同的(de)，所以，可以根據具體(ti)情況(kuang)(kuang)的(de)需要，通過成分和(he)熱處理的(de)調整，控制奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)δ鐵素體(ti)的(de)含量(liang)。

四、充分發揮奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)中(zhong)穩定化元素的作(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(wu)、奧氏體不銹(xiu)鋼制件的應力及危害

  當(dang)物(wu)(wu)體受(shou)到外力作用發生變形時，其內(nei)部就會(hui)出現一種抵抗變形的(de)力；物(wu)(wu)體在(zai)加熱(re)膨脹和冷卻收縮(suo)過程中(zhong)(zhong)受(shou)到阻礙(ai)時，在(zai)內(nei)部也會(hui)產生應力；材(cai)料在(zai)加熱(re)或冷卻過程中(zhong)(zhong)，如(ru)果有組織轉變時，也會(hui)產生相變應力。

 因此，奧氏體不銹鋼在(zai)制(zhi)造成零部件的生產(chan)加工(gong)過程中，都(dou)不可(ke)避免地產(chan)生應(ying)力，并殘留在(zai)零部件中。

 鑄(zhu)造時(shi)，由于(yu)鑄(zhu)件(jian)形狀、各部位(wei)(wei)尺寸(cun)不(bu)(bu)同(tong)，冷(leng)(leng)卻(que)(que)速度和冷(leng)(leng)卻(que)(que)順序(xu)不(bu)(bu)同(tong)，會(hui)產(chan)生(sheng)鑄(zhu)造應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；鍛造、軋制時(shi)，會(hui)因(yin)為變形及(ji)變形量(liang)不(bu)(bu)同(tong)等(deng)原因(yin)產(chan)生(sheng)鍛造應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)(zai)機械切削加(jia)工時(shi)，因(yin)切削力(li)(li)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)(zai)焊接(jie)時(shi)，工件(jian)不(bu)(bu)同(tong)部位(wei)(wei)的不(bu)(bu)同(tong)時(shi)加(jia)熱(re)(re)、不(bu)(bu)同(tong)時(shi)冷(leng)(leng)卻(que)(que)以及(ji)焊件(jian)各部位(wei)(wei)形狀、尺寸(cun)不(bu)(bu)均勻而產(chan)生(sheng)焊接(jie)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)、大型件(jian)、截面(mian)不(bu)(bu)均勻件(jian)在(zai)(zai)熱(re)(re)處理快速加(jia)熱(re)(re)或冷(leng)(leng)卻(que)(que)過程(cheng)中產(chan)生(sheng)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)等(deng)，這些(xie)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的存在(zai)(zai)，除會(hui)引起(qi)變形外，對(dui)奧氏(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的另(ling)一個(ge)不(bu)(bu)良作用(yong)是會(hui)在(zai)(zai)某些(xie)使用(yong)環境(jing)、條件(jian)下發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕。所(suo)以，對(dui)奧氏(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制造的零(ling)部件(jian)應(ying)(ying)(ying)注意消(xiao)除殘留應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。

 具有殘留應(ying)力(li)(li)的制件和金屬(shu)，由于能(neng)量(liang)提高，原(yuan)子處于熱力(li)(li)學不穩(wen)定狀(zhuang)態，當(dang)將其加熱到一定溫度，就會較(jiao)快(kuai)地恢復到平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態，使應(ying)力(li)(li)得以(yi)消除(chu)。

 適當(dang)地熱處(chu)理就是減小或消除(chu)奧氏體(ti)不銹鋼殘留應力的(de)重要手段之一。通(tong)常叫消除(chu)應力熱處(chu)理。