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(wu)的析(xi)出與溶解(jie)

 由于奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)鉻－鎳等合金元素的作(zuo)用，使奧氏(shi)(shi)體(ti)向馬氏(shi)(shi)體(ti)的轉(zhuan)變開始溫(wen)度(du)(du)(du)(du)M.降低(di)到(dao)室溫(wen)以下，高溫(wen)時(shi)(shi)穩(wen)定的奧氏(shi)(shi)體(ti)組織能保(bao)持到(dao)室溫(wen)甚至更低(di)一些(xie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)而不(bu)轉(zhuan)變。但是，碳(tan)在奧氏(shi)(shi)體(ti)中(zhong)的溶解度(du)(du)(du)(du)隨溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的不(bu)同而變化。高溫(wen)時(shi)(shi)溶解度(du)(du)(du)(du)大于低(di)溫(wen)時(shi)(shi)的溶解度(du)(du)(du)(du)，見圖(tu)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(li)后(hou)，應該(gai)是奧氏體組織。見圖3-11。

二(er)、奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中的(de)σ相

奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)在下列情況(kuang)，有可(ke)能出(chu)現σ相。

  1. 在(zai)產生σ相的溫度(du)區間（500~900℃),長時間加(jia)熱。

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中加(jia)入了形成鐵(tie)素(su)體的元素(su)，如鈦、鈮、鉬、硅等。

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

  4. 鑄(zhu)(zhu)造的(de)18-8奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼，特別是含(han)鈦、鈮、硅元(yuan)素較高的(de)鑄(zhu)(zhu)造奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中容易出現(xian)σ相(xiang)，這可能(neng)與鑄(zhu)(zhu)造不(bu)銹鋼中的(de)成分偏析(xi)有關。

以錳、氮代(dai)鎳的鉻－錳－鎳－氮系奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)，σ相形(xing)成傾向更強一些。

圖(tu)3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中的σ相(xiang)，圖(tu)3-13是圖(tu)3-12的局部(bu)放大圖(tu)。

 σ相在奧(ao)氏體(ti)不銹鋼中的存在會(hui)有(you)不利作用。

 首先，σ相(xiang)(xiang)是(shi)(shi)一(yi)種硬度(du)很高、塑(su)性低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)金屬間(jian)相(xiang)(xiang)，其存在(zai)(zai)于奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)中，特別是(shi)(shi)沿晶(jing)界析(xi)(xi)出時，會對鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，反映(ying)在(zai)(zai)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)性顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)。有資料介紹，在(zai)(zai)含1.36%硅的(de)(de)(de)(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)焊(han)縫中，由于σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，沖(chong)擊功可(ke)由105J降(jiang)至20J.σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)形成還會伴有碳(tan)化物的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)(xi)出，而且析(xi)(xi)出的(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)很快，在(zai)(zai)圖3-13中可(ke)見沿晶(jing)界析(xi)(xi)出的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)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－鎳奧氏體不(bu)銹鋼中(zhong)的σ相(xiang)在(zai)加(jia)熱到高于其形成溫度(du)后，會重新溶解。一般認為，加(jia)熱溫度(du)大于920℃,之(zhi)后快速冷(leng)卻，σ相(xiang)就不(bu)會析出(chu)。在(zai)實際生產中(zhong)，采用固溶化熱處理即可(ke)達(da)到目的。

三、奧氏體不銹鋼(gang)中的(de)δ鐵素體

奧氏體(ti)(ti)不銹鋼在某些(xie)情(qing)況下會產生δ鐵素體(ti)(ti)，即高溫鐵素體(ti)(ti)。

 1. 在(zai)鑄造的鉻－鎳奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼中(zhong)，因鑄態化學(xue)成(cheng)(cheng)分的不均勻性，在(zai)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)形(xing)成(cheng)(cheng)元素(su)(su)偏聚區，易生成(cheng)(cheng)δ鐵(tie)素(su)(su)體(ti)，見(jian)圖3-14。

 2. 含(han)有較多鐵素體(ti)形成元素的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，如含(han)鉬、硅(gui)、鈦、鈮的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，會存在一定的(de)(de)δ鐵素體(ti)。

 3. 某些奧氏體(ti)不銹鋼的焊縫組織(zhi)中(zhong)，可(ke)能(neng)存在δ鐵素體(ti)。見圖3-15.

 4. 奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中的δ鐵素體(ti)的含量還與固溶化(hua)溫(wen)度有關，見(jian)圖3-16.

δ鐵(tie)素體在(zai)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中的(de)(de)(de)存在(zai)，會產生不(bu)同的(de)(de)(de)作用，有些是有利(li)的(de)(de)(de)，有些是有害的(de)(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)(you)(you)8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)比(bi)(bi)純奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的屈(qu)(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)要高。這是因為從屈(qu)(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)的位錯理(li)論分析，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)具有(you)(you)(you)體(ti)(ti)(ti)心(xin)立方(fang)(fang)(fang)晶格(ge)結構(gou)，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)具有(you)(you)(you)面(mian)心(xin)立方(fang)(fang)(fang)晶格(ge)結構(gou)，而體(ti)(ti)(ti)心(xin)立方(fang)(fang)(fang)晶格(ge)比(bi)(bi)面(mian)心(xin)立方(fang)(fang)(fang)晶格(ge)的晶格(ge)（位錯）阻(zu)力大，即屈(qu)(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)高，從而使(shi)含有(you)(you)(you)一定(ding)量8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的屈(qu)(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)比(bi)(bi)具有(you)(you)(you)單一奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)織的奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的屈(qu)(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)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. 奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接(jie)時(shi)，當焊(han)縫中有(you)少量δ鐵(tie)素體(ti)(ti)時(shi)，可使奧氏體(ti)(ti)晶(jing)粒長(chang)大受到阻礙，打亂柱狀晶(jing)方向(xiang)，細化晶(jing)粒，促進雜(za)質均(jun)勻(yun)分布，從而減少焊(han)接(jie)熱裂紋(wen)形(xing)成(cheng)的可能(neng)性。

當然，δ鐵素體(ti)的存在(zai)，有時也會有不利(li)作(zuo)用。主要(yao)表現如下:

  a. 鐵素體與奧氏體電位不同(tong)，在某些條件下會增加腐蝕(shi)傾(qing)向。

  b. 兩種(zhong)組(zu)織的變形(xing)(xing)能力(li)不同，在(zai)壓力(li)加(jia)工時(shi)易形(xing)(xing)成(cheng)裂紋。

  c. 在高溫下長期工作(zuo)后(hou)，鐵素體內(nei)會產生σ相，引起脆性及某些(xie)條件下的晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)傾向增大。

從上面的(de)(de)(de)(de)分析(xi)可(ke)見，奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼中存在一(yi)定量的(de)(de)(de)(de)δ鐵素體，在不(bu)(bu)同(tong)(tong)情況(kuang)下的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用是不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)，所以(yi)，可(ke)以(yi)根據具體情況(kuang)的(de)(de)(de)(de)需要，通過成分和熱(re)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)調整，控制(zhi)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼中δ鐵素體的(de)(de)(de)(de)含量。

四、充分發揮奧氏體不銹鋼中穩(wen)定化元素的作用(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、奧氏體不銹(xiu)鋼制件的(de)應力及危害

  當物(wu)體(ti)受到(dao)外力(li)作用發生變(bian)形時(shi)(shi)，其內部(bu)就會出現(xian)一種(zhong)抵抗變(bian)形的力(li)；物(wu)體(ti)在(zai)加(jia)熱膨(peng)脹(zhang)和(he)冷卻收縮過程中受到(dao)阻礙時(shi)(shi)，在(zai)內部(bu)也會產生應(ying)力(li)；材料(liao)在(zai)加(jia)熱或冷卻過程中，如果有組織轉變(bian)時(shi)(shi)，也會產生相變(bian)應(ying)力(li)。

 因此，奧氏體(ti)不(bu)銹鋼在制造成零部件(jian)的生產(chan)加(jia)工過程中(zhong)，都(dou)不(bu)可避免地(di)產(chan)生應(ying)力(li)，并(bing)殘留(liu)在零部件(jian)中(zhong)。

 鑄造(zao)時(shi)(shi)(shi)，由于鑄件(jian)形(xing)狀(zhuang)、各部位尺(chi)寸不(bu)(bu)(bu)同(tong)，冷卻速度和(he)冷卻順序不(bu)(bu)(bu)同(tong)，會產(chan)生(sheng)鑄造(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)；鍛(duan)造(zao)、軋(ya)制(zhi)時(shi)(shi)(shi)，會因(yin)為變形(xing)及(ji)變形(xing)量不(bu)(bu)(bu)同(tong)等(deng)原因(yin)產(chan)生(sheng)鍛(duan)造(zao)應(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)(zai)機(ji)械切削加工時(shi)(shi)(shi)，因(yin)切削力(li)(li)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)(zai)焊接(jie)(jie)時(shi)(shi)(shi)，工件(jian)不(bu)(bu)(bu)同(tong)部位的不(bu)(bu)(bu)同(tong)時(shi)(shi)(shi)加熱、不(bu)(bu)(bu)同(tong)時(shi)(shi)(shi)冷卻以及(ji)焊件(jian)各部位形(xing)狀(zhuang)、尺(chi)寸不(bu)(bu)(bu)均勻而(er)產(chan)生(sheng)焊接(jie)(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)、大(da)型件(jian)、截面不(bu)(bu)(bu)均勻件(jian)在(zai)(zai)熱處理快(kuai)速加熱或(huo)冷卻過程中產(chan)生(sheng)熱應(ying)(ying)力(li)(li)等(deng)，這些應(ying)(ying)力(li)(li)的存在(zai)(zai)，除會引起變形(xing)外，對奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹鋼的另一個不(bu)(bu)(bu)良作用是會在(zai)(zai)某些使用環境(jing)、條件(jian)下發生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕。所以，對奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)銹鋼制(zhi)造(zao)的零部件(jian)應(ying)(ying)注意消除殘留應(ying)(ying)力(li)(li)。

 具有殘(can)留應(ying)力的(de)制(zhi)件和金(jin)屬，由于能(neng)量(liang)提高(gao)，原(yuan)子處于熱力學不穩定狀(zhuang)態(tai)，當將其(qi)加熱到一定溫(wen)度，就會較快地恢(hui)復到平衡狀(zhuang)態(tai)，使應(ying)力得(de)以消(xiao)除(chu)。

 適當地(di)熱處理就(jiu)是減(jian)小或消除奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼殘留應力的重要(yao)手段之一。通常叫消除應力熱處理。