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、奧氏體不銹鋼中合金(jin)碳化物的(de)析出與(yu)溶解(jie)

 由于奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)鉻－鎳等合金元素的作用(yong)，使奧(ao)氏(shi)體向馬氏(shi)體的轉變開始(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)M.降(jiang)低(di)到室(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)以下，高溫(wen)(wen)(wen)(wen)時穩(wen)定的奧(ao)氏(shi)體組織能(neng)保(bao)持到室(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)甚至更(geng)低(di)一些溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)而不(bu)轉變。但(dan)是，碳在奧(ao)氏(shi)體中(zhong)的溶解(jie)度(du)隨(sui)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的不(bu)同而變化。高溫(wen)(wen)(wen)(wen)時溶解(jie)度(du)大(da)于低(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時的溶解(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(chu)理后，應該(gai)是奧氏體組織。見圖3-11。

二、奧氏體不銹鋼中的σ相

奧氏體不銹(xiu)鋼在(zai)下列情況，有可(ke)能出現σ相。

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

  2. 在鉻－鎳(nie)奧氏體不銹鋼中加入(ru)了形(xing)成鐵素(su)體的(de)元素(su)，如鈦、鈮、鉬、硅等。

  3. 采(cai)用形成鐵素體元素高(gao)的焊(han)條施焊(han)的奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)縫中。

  4. 鑄造(zao)的(de)(de)18-8奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼，特別是含鈦(tai)、鈮、硅(gui)元素較高的(de)(de)鑄造(zao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)容易出現σ相，這可能與鑄造(zao)不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)成分偏析(xi)有關。

以錳、氮代鎳的鉻(ge)－錳－鎳－氮系奧氏(shi)體不銹鋼(gang)中，σ相形成傾向更強一(yi)些。

圖(tu)3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不銹(xiu)鋼中的σ相，圖(tu)3-13是(shi)圖(tu)3-12的局部放大圖(tu)。

 σ相(xiang)在(zai)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼中的存在(zai)會有不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是一(yi)種(zhong)硬度(du)很高(gao)、塑性(xing)(xing)低的(de)(de)金屬間相(xiang)，其存(cun)在于奧(ao)(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中，特(te)別是沿(yan)(yan)晶界(jie)(jie)析(xi)(xi)出時(shi)，會對(dui)鋼(gang)的(de)(de)塑性(xing)(xing)產生較大的(de)(de)影(ying)響，反(fan)映在鋼(gang)的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性(xing)(xing)顯著降低。有資料介(jie)紹(shao)，在含1.36%硅(gui)的(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)焊縫中，由于σ相(xiang)的(de)(de)存(cun)在，沖(chong)擊(ji)功可(ke)由105J降至20J.σ相(xiang)的(de)(de)形(xing)成還會伴有碳化(hua)物的(de)(de)析(xi)(xi)出，而且析(xi)(xi)出的(de)(de)速度(du)很快，在圖(tu)3-13中可(ke)見沿(yan)(yan)晶界(jie)(jie)析(xi)(xi)出的(de)(de)碳化(hua)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－鎳奧氏體不銹鋼(gang)中(zhong)的σ相在加(jia)熱(re)到高于其形成溫(wen)度后，會重新溶(rong)解。一般認為，加(jia)熱(re)溫(wen)度大于920℃,之后快速冷卻，σ相就不會析出(chu)。在實際生產中(zhong)，采(cai)用(yong)固(gu)溶(rong)化(hua)熱(re)處理即可達(da)到目的。

三、奧氏體不(bu)銹鋼中的δ鐵(tie)素體

奧氏(shi)體不銹鋼在某(mou)些情(qing)況(kuang)下會(hui)產(chan)生δ鐵素體，即(ji)高(gao)溫鐵素體。

 1. 在鑄(zhu)造的鉻－鎳(nie)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中，因鑄(zhu)態化學成分的不均勻(yun)性，在鐵素體(ti)形成元素偏聚區，易生成δ鐵素體(ti)，見圖3-14。

 2. 含(han)(han)有較多鐵素(su)體(ti)形(xing)成元素(su)的(de)奧氏體(ti)不銹鋼，如(ru)含(han)(han)鉬、硅(gui)、鈦(tai)、鈮的(de)奧氏體(ti)不銹鋼中，會存在(zai)一(yi)定的(de)δ鐵素(su)體(ti)。

 3. 某些奧氏體不銹鋼的焊縫(feng)組(zu)織(zhi)中，可(ke)能(neng)存(cun)在δ鐵素(su)體。見圖3-15.

 4. 奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中的δ鐵素(su)體的含量還與固溶化溫度(du)有關，見圖3-16.

δ鐵素體(ti)在(zai)奧氏體(ti)不銹鋼中的存在(zai)，會產生不同的作用，有(you)些是有(you)利的，有(you)些是有(you)害(hai)的。

 有利(li)的(de)作用(yong)如(ru)下(xia)：

 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)素體(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼比純奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)屈(qu)服強(qiang)度(du)(du)(du)要高(gao)。這是因為(wei)從(cong)(cong)屈(qu)服強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)位(wei)錯(cuo)理論分析，鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)具有(you)體(ti)(ti)(ti)心(xin)(xin)立方(fang)(fang)晶(jing)(jing)格(ge)結構，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)具有(you)面心(xin)(xin)立方(fang)(fang)晶(jing)(jing)格(ge)結構，而體(ti)(ti)(ti)心(xin)(xin)立方(fang)(fang)晶(jing)(jing)格(ge)比面心(xin)(xin)立方(fang)(fang)晶(jing)(jing)格(ge)的(de)晶(jing)(jing)格(ge)（位(wei)錯(cuo)）阻(zu)力大，即屈(qu)服強(qiang)度(du)(du)(du)高(gao)，從(cong)(cong)而使含有(you)一(yi)定量8鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)屈(qu)服強(qiang)度(du)(du)(du)比具有(you)單一(yi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)屈(qu)服強(qiang)度(du)(du)(du)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(ti)不銹鋼焊接時(shi)，當焊縫中有少(shao)量δ鐵素體(ti)時(shi)，可使(shi)奧氏體(ti)晶粒(li)長(chang)大受到(dao)阻礙，打(da)亂柱狀晶方向，細化晶粒(li)，促進雜(za)質均勻分布，從而減少(shao)焊接熱裂紋形成的可能性。

當然，δ鐵素體(ti)的存(cun)在，有時也(ye)會有不利作用。主要表現如下:

  a. 鐵素體與奧氏體電位不同，在某些條(tiao)件(jian)下會(hui)增(zeng)加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的變形(xing)能力(li)(li)不(bu)同(tong)，在壓力(li)(li)加工時易形(xing)成裂紋(wen)。

  c. 在(zai)高溫下長期工作(zuo)后，鐵素體內會產(chan)生(sheng)σ相，引起脆性及某些(xie)條件下的晶間腐蝕傾(qing)向增大。

從上(shang)面的(de)(de)分析(xi)可見(jian)，奧氏體不銹鋼中(zhong)存在一定量的(de)(de)δ鐵素體，在不同(tong)情(qing)況下的(de)(de)作(zuo)用是(shi)不同(tong)的(de)(de)，所以，可以根據具體情(qing)況的(de)(de)需要，通(tong)過成(cheng)分和熱(re)處(chu)理的(de)(de)調整，控(kong)制奧氏體不銹鋼中(zhong)δ鐵素體的(de)(de)含(han)量。

四(si)、充分(fen)發揮奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中穩(wen)定(ding)化元(yuan)素的作用

 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、奧氏體不銹鋼制件的應力及危害(hai)

  當物(wu)(wu)體(ti)受(shou)到外力(li)(li)作用發(fa)生(sheng)變形時，其內部就會出現(xian)一種抵抗變形的力(li)(li)；物(wu)(wu)體(ti)在加熱膨(peng)脹和冷卻(que)收縮過(guo)程中(zhong)受(shou)到阻礙時，在內部也(ye)會產(chan)生(sheng)應力(li)(li)；材料在加熱或冷卻(que)過(guo)程中(zhong)，如果有(you)組織轉(zhuan)變時，也(ye)會產(chan)生(sheng)相變應力(li)(li)。

 因此，奧(ao)氏體不銹鋼(gang)在制造成零部(bu)件(jian)的生(sheng)產(chan)加工過程(cheng)中(zhong)，都(dou)不可避免地產(chan)生(sheng)應力，并殘留在零部(bu)件(jian)中(zhong)。

 鑄(zhu)造時(shi)，由于鑄(zhu)件(jian)(jian)形狀、各部位(wei)尺(chi)寸不(bu)同，冷(leng)卻(que)(que)速(su)度(du)和冷(leng)卻(que)(que)順序(xu)不(bu)同，會產(chan)生(sheng)鑄(zhu)造應(ying)力(li)(li)；鍛造、軋(ya)制時(shi)，會因為(wei)變(bian)形及變(bian)形量不(bu)同等原因產(chan)生(sheng)鍛造應(ying)力(li)(li)；在(zai)(zai)機(ji)械切削加(jia)工時(shi)，因切削力(li)(li)產(chan)生(sheng)應(ying)力(li)(li)；在(zai)(zai)焊(han)(han)接時(shi)，工件(jian)(jian)不(bu)同部位(wei)的(de)不(bu)同時(shi)加(jia)熱(re)(re)、不(bu)同時(shi)冷(leng)卻(que)(que)以(yi)及焊(han)(han)件(jian)(jian)各部位(wei)形狀、尺(chi)寸不(bu)均(jun)勻而產(chan)生(sheng)焊(han)(han)接應(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)、截(jie)面不(bu)均(jun)勻件(jian)(jian)在(zai)(zai)熱(re)(re)處理快(kuai)速(su)加(jia)熱(re)(re)或冷(leng)卻(que)(que)過程中產(chan)生(sheng)熱(re)(re)應(ying)力(li)(li)等，這些(xie)應(ying)力(li)(li)的(de)存在(zai)(zai)，除會引(yin)起變(bian)形外，對奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)另一個不(bu)良作用(yong)是會在(zai)(zai)某些(xie)使用(yong)環境、條件(jian)(jian)下發生(sheng)應(ying)力(li)(li)腐蝕。所以(yi)，對奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)制造的(de)零部件(jian)(jian)應(ying)注意消除殘留應(ying)力(li)(li)。

 具有殘留應力的制件和金屬，由(you)于能量(liang)提高(gao)，原子處(chu)于熱力學不穩(wen)定狀態(tai)，當將其加熱到一定溫度，就會較快地(di)恢復到平衡狀態(tai)，使(shi)應力得以消(xiao)除。

 適當地(di)熱(re)處理就是(shi)減小或消除(chu)(chu)奧氏體不(bu)銹鋼殘留應力(li)的重要手(shou)段之一。通常叫消除(chu)(chu)應力(li)熱(re)處理。