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)不銹鋼(gang)中(zhong)合金碳化(hua)物的析出與溶解(jie)

 由(you)于奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中鉻－鎳等合金(jin)元素的(de)作用，使(shi)奧氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)的(de)轉(zhuan)變開始溫(wen)(wen)(wen)(wen)度M.降低到(dao)室溫(wen)(wen)(wen)(wen)以下，高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時穩定的(de)奧氏(shi)體(ti)組織能保持到(dao)室溫(wen)(wen)(wen)(wen)甚至(zhi)更(geng)低一些(xie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度而(er)不(bu)轉(zhuan)變。但是，碳在奧氏(shi)體(ti)中的(de)溶(rong)解度隨溫(wen)(wen)(wen)(wen)度的(de)不(bu)同而(er)變化。高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時溶(rong)解度大于低溫(wen)(wen)(wen)(wen)時的(de)溶(rong)解度，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(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)固溶化熱處理(li)后，應該是奧(ao)氏體組織。見(jian)圖3-11。

二、奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼中的(de)σ相

奧氏體不(bu)銹鋼在下列情況，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(re)。

  2. 在(zai)鉻－鎳奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼中加入(ru)了形(xing)成鐵素(su)體(ti)的元素(su)，如鈦、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用(yong)形(xing)成鐵素體元素高的焊條施(shi)焊的奧氏體不銹鋼(gang)焊縫(feng)中。

  4. 鑄(zhu)造的18-8奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼，特別(bie)是(shi)含(han)鈦、鈮、硅元素較(jiao)高的鑄(zhu)造奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)容易出現(xian)σ相，這可能與鑄(zhu)造不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的成分(fen)偏析有關。

以錳、氮代鎳的(de)鉻－錳－鎳－氮系(xi)奧氏體不(bu)銹鋼中，σ相形成傾向更強一些。

圖3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼中(zhong)的σ相(xiang)，圖3-13是圖3-12的局部(bu)放大圖。

 σ相在奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中的存(cun)在會有不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是(shi)一(yi)種硬度很高、塑性(xing)低(di)的(de)(de)(de)(de)金屬間相(xiang)，其存在(zai)于奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼中，特別是(shi)沿(yan)晶界析出(chu)(chu)(chu)時，會(hui)對鋼的(de)(de)(de)(de)塑性(xing)產生較大(da)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，反映(ying)在(zai)鋼的(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)顯著(zhu)降低(di)。有資料介紹，在(zai)含1.36%硅的(de)(de)(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼焊縫中，由于σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)存在(zai)，沖(chong)擊(ji)功(gong)可由105J降至20J.σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形(xing)成還會(hui)伴有碳化物(wu)的(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)(chu)，而且析出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)速度很快，在(zai)圖3-13中可見沿(yan)晶界析出(chu)(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)碳化物(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(ge)－鎳奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)中的(de)σ相在加熱(re)(re)到高于其形成溫度后(hou)(hou)，會重(zhong)新溶(rong)解。一般認為，加熱(re)(re)溫度大于920℃,之后(hou)(hou)快(kuai)速冷卻(que)，σ相就不會析(xi)出。在實際生(sheng)產中，采用固(gu)溶(rong)化熱(re)(re)處理即可達到目的(de)。

三、奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)中的δ鐵素(su)體(ti)

奧氏體(ti)不銹鋼在某些情(qing)況下會產(chan)生(sheng)δ鐵(tie)素(su)體(ti)，即高(gao)溫鐵(tie)素(su)體(ti)。

 1. 在(zai)鑄造的鉻－鎳奧(ao)氏體不銹鋼中，因鑄態化學(xue)成分(fen)的不均勻性，在(zai)鐵素體形成元素偏聚區(qu)，易生成δ鐵素體，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵素體形成元素的奧氏體不銹鋼，如(ru)含鉬、硅、鈦、鈮(ni)的奧氏體不銹鋼中(zhong)，會存在一定的δ鐵素體。

 3. 某些奧氏體(ti)不銹鋼(gang)的焊縫組織(zhi)中(zhong)，可能存在δ鐵素體(ti)。見圖(tu)3-15.

 4. 奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中的δ鐵素體(ti)的含量還與固(gu)溶化(hua)溫度(du)有關，見圖3-16.

δ鐵(tie)素體(ti)在奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中的(de)(de)存在，會(hui)產生不同(tong)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，有些是(shi)有利的(de)(de)，有些是(shi)有害的(de)(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(you)8鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼比純奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)屈(qu)服強度要高。這(zhe)是因為從(cong)屈(qu)服強度的(de)位(wei)錯理(li)論分析(xi)，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)具有(you)體(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)晶格(ge)結構，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)具有(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(wei)錯）阻(zu)力大，即(ji)屈(qu)服強度高，從(cong)而(er)使含有(you)一定量8鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)屈(qu)服強度比具有(you)單(dan)一奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)織的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)屈(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(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)焊(han)(han)接時，當焊(han)(han)縫中有少量δ鐵素體(ti)(ti)時，可使奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶粒長(chang)大(da)受到(dao)阻礙，打亂柱狀晶方向(xiang)，細化晶粒，促進雜質均勻分布(bu)，從而減少焊(han)(han)接熱裂紋形(xing)成(cheng)的可能性。

當然，δ鐵(tie)素(su)體的存(cun)在，有時也會有不利作(zuo)用。主要表現如下(xia):

  a. 鐵素體與奧氏體電位不同，在(zai)某些條件下會增(zeng)加腐(fu)蝕傾(qing)向。

  b. 兩種組(zu)織的變形能(neng)力不(bu)同，在壓力加工時易形成裂紋。

  c. 在(zai)高溫下長(chang)期(qi)工作(zuo)后(hou)，鐵素體內會產生σ相，引起脆性及(ji)某些條件下的晶(jing)間腐蝕(shi)傾(qing)向增(zeng)大。

從上面的(de)分(fen)析可(ke)見，奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中存(cun)在(zai)一定量的(de)δ鐵(tie)素體(ti)，在(zai)不(bu)同(tong)情況下(xia)的(de)作用是不(bu)同(tong)的(de)，所以(yi)，可(ke)以(yi)根據具體(ti)情況的(de)需(xu)要，通(tong)過成分(fen)和(he)熱處理的(de)調整，控制奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中δ鐵(tie)素體(ti)的(de)含量。

四、充分發揮奧氏體不(bu)銹鋼中穩定化元素的作(zuo)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、奧氏體不銹鋼制件的應力及(ji)危(wei)害

  當物(wu)體受到外力(li)作用(yong)發生(sheng)變(bian)形(xing)時，其內部就會出現一種(zhong)抵(di)抗變(bian)形(xing)的力(li)；物(wu)體在(zai)加(jia)熱(re)(re)膨(peng)脹和冷卻收縮過程中(zhong)受到阻(zu)礙時，在(zai)內部也會產生(sheng)應(ying)力(li)；材料在(zai)加(jia)熱(re)(re)或(huo)冷卻過程中(zhong)，如(ru)果有組(zu)織轉變(bian)時，也會產生(sheng)相(xiang)變(bian)應(ying)力(li)。

 因此，奧氏體不(bu)銹鋼在制造成零(ling)部件的生產(chan)加(jia)工過程中(zhong)，都(dou)不(bu)可避(bi)免(mian)地產(chan)生應(ying)力，并殘留在零(ling)部件中(zhong)。

 鑄(zhu)造時(shi)，由于(yu)鑄(zhu)件形(xing)狀(zhuang)(zhuang)、各部(bu)位(wei)尺寸不(bu)(bu)同(tong)，冷(leng)卻速(su)(su)度和冷(leng)卻順序不(bu)(bu)同(tong)，會產(chan)生(sheng)(sheng)鑄(zhu)造應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；鍛(duan)造、軋(ya)制時(shi)，會因(yin)為變(bian)(bian)(bian)形(xing)及變(bian)(bian)(bian)形(xing)量不(bu)(bu)同(tong)等原因(yin)產(chan)生(sheng)(sheng)鍛(duan)造應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在機械切削(xue)加工(gong)時(shi)，因(yin)切削(xue)力(li)(li)產(chan)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在焊(han)接時(shi)，工(gong)件不(bu)(bu)同(tong)部(bu)位(wei)的不(bu)(bu)同(tong)時(shi)加熱、不(bu)(bu)同(tong)時(shi)冷(leng)卻以及焊(han)件各部(bu)位(wei)形(xing)狀(zhuang)(zhuang)、尺寸不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)而產(chan)生(sheng)(sheng)焊(han)接應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；復雜(za)件、大(da)型件、截面不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)件在熱處理快速(su)(su)加熱或(huo)冷(leng)卻過(guo)程中產(chan)生(sheng)(sheng)熱應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)等，這(zhe)些應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的存在，除會引起變(bian)(bian)(bian)形(xing)外，對奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的另(ling)一個不(bu)(bu)良作用是(shi)會在某些使用環境、條件下(xia)發生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕。所(suo)以，對奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)制造的零(ling)部(bu)件應(ying)(ying)(ying)注(zhu)意(yi)消除殘留(liu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。

 具(ju)有(you)殘留應(ying)力的制件和(he)金屬，由于(yu)能量(liang)提高，原(yuan)子處于(yu)熱(re)力學不穩(wen)定狀(zhuang)態，當將(jiang)其加熱(re)到(dao)一定溫度，就會較快(kuai)地恢(hui)復到(dao)平衡狀(zhuang)態，使應(ying)力得(de)以消除。

 適(shi)當地熱(re)處(chu)理就是(shi)減小或消(xiao)除奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)殘(can)留應力(li)的(de)重要手段(duan)之一。通常叫消(xiao)除應力(li)熱(re)處(chu)理。