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(bu)銹鋼中合金(jin)碳(tan)化物的(de)析(xi)出與溶解

 由(you)于奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中鉻－鎳等合金元素的(de)(de)(de)作(zuo)用，使奧(ao)氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)開始溫(wen)度(du)(du)M.降低(di)到室(shi)溫(wen)以下，高(gao)溫(wen)時(shi)穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)織能(neng)保持到室(shi)溫(wen)甚至更(geng)低(di)一些溫(wen)度(du)(du)而不(bu)轉(zhuan)變(bian)。但是，碳在奧(ao)氏(shi)體(ti)中的(de)(de)(de)溶解度(du)(du)隨(sui)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)不(bu)同而變(bian)化。高(gao)溫(wen)時(shi)溶解度(du)(du)大于低(di)溫(wen)時(shi)的(de)(de)(de)溶解度(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)不銹鋼固溶化熱處理后，應該是奧氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)。見圖3-11。

二、奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中的σ相

奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼在下列情況，有可能出(chu)現σ相(xiang)。

  1. 在(zai)產生σ相的溫度區間（500~900℃),長時(shi)間加熱。

  2. 在鉻－鎳奧(ao)氏體不銹鋼中加入了(le)形成(cheng)鐵素體的元素，如鈦、鈮、鉬(mu)、硅等。

  3. 采用形成鐵素體元(yuan)素高的(de)焊條施(shi)焊的(de)奧氏體不銹鋼焊縫(feng)中。

  4. 鑄造(zao)的18-8奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，特(te)別是含鈦、鈮、硅元素較高的鑄造(zao)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)容(rong)易(yi)出現σ相，這可能(neng)與(yu)鑄造(zao)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的成分偏析有關。

以錳、氮(dan)代鎳(nie)的(de)鉻－錳－鎳(nie)－氮(dan)系(xi)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼中，σ相形成(cheng)傾向更(geng)強(qiang)一些(xie)。

圖3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中的σ相，圖3-13是圖3-12的局(ju)部(bu)放大(da)圖。

 σ相在奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼中的存在會有不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是一種硬度(du)(du)很(hen)高(gao)、塑性(xing)低的(de)(de)金屬間相(xiang)，其存(cun)在于奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)，特別是沿(yan)晶界析(xi)出時，會(hui)(hui)對鋼(gang)的(de)(de)塑性(xing)產(chan)生較(jiao)大的(de)(de)影響，反映在鋼(gang)的(de)(de)沖擊(ji)韌(ren)性(xing)顯(xian)著降低。有資料介紹，在含1.36%硅(gui)的(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)焊縫中(zhong)，由于σ相(xiang)的(de)(de)存(cun)在，沖擊(ji)功可(ke)由105J降至20J.σ相(xiang)的(de)(de)形成還會(hui)(hui)伴有碳化物的(de)(de)析(xi)出，而且析(xi)出的(de)(de)速度(du)(du)很(hen)快，在圖(tu)3-13中(zhong)可(ke)見沿(yan)晶界析(xi)出的(de)(de)碳化物。

 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(xiu)鋼中的σ相在加熱到高(gao)于其(qi)形(xing)成溫(wen)度后，會重新溶解。一般(ban)認為，加熱溫(wen)度大于920℃,之后快速冷卻，σ相就不(bu)會析出。在實際生產中，采(cai)用固(gu)溶化熱處(chu)理即可達到目的。

三、奧氏(shi)體不銹鋼(gang)中的δ鐵素體

奧氏體不(bu)銹鋼在(zai)某些情況下會產生δ鐵素(su)體，即高溫鐵素(su)體。

 1. 在鑄造(zao)的鉻－鎳奧氏體不銹鋼中，因(yin)鑄態化(hua)學成分(fen)的不均勻性(xing)，在鐵(tie)素體形成元素偏聚區，易生成δ鐵(tie)素體，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵(tie)素(su)體(ti)形成元(yuan)素(su)的奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，如含鉬、硅、鈦、鈮(ni)的奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中，會存在(zai)一(yi)定的δ鐵(tie)素(su)體(ti)。

 3. 某些奧氏體(ti)不銹鋼的(de)焊(han)縫組(zu)織中，可能存在(zai)δ鐵素體(ti)。見圖(tu)3-15.

 4. 奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中的δ鐵素體的含量(liang)還與(yu)固溶化溫度有關，見(jian)圖3-16.

δ鐵素體(ti)在(zai)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)中的存在(zai)，會(hui)產生不同的作(zuo)用，有(you)(you)些是有(you)(you)利的，有(you)(you)些是有(you)(you)害(hai)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. 含有(you)(you)(you)8鐵(tie)(tie)素體的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)比(bi)純奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)要高(gao)。這是(shi)因為從(cong)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)的(de)(de)位(wei)錯理論分析，鐵(tie)(tie)素體具有(you)(you)(you)體心(xin)(xin)立(li)方晶格(ge)結構，奧(ao)氏(shi)體具有(you)(you)(you)面(mian)心(xin)(xin)立(li)方晶格(ge)結構，而(er)體心(xin)(xin)立(li)方晶格(ge)比(bi)面(mian)心(xin)(xin)立(li)方晶格(ge)的(de)(de)晶格(ge)（位(wei)錯）阻(zu)力大，即屈(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)高(gao)，從(cong)而(er)使含有(you)(you)(you)一定量8鐵(tie)(tie)素體的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)比(bi)具有(you)(you)(you)單一奧(ao)氏(shi)體組(zu)織(zhi)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)也提(ti)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(gang)焊(han)(han)接(jie)時(shi)，當(dang)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)有少(shao)量δ鐵素體(ti)時(shi)，可(ke)使奧氏體(ti)晶(jing)粒長(chang)大受(shou)到(dao)阻礙，打亂柱狀(zhuang)晶(jing)方向，細化晶(jing)粒，促進雜質均勻分布，從而(er)減少(shao)焊(han)(han)接(jie)熱(re)裂紋形(xing)成的可(ke)能性(xing)。

當然，δ鐵素體的(de)存在，有(you)時(shi)也會(hui)有(you)不利作用。主要表現如下:

  a. 鐵素(su)體(ti)與奧(ao)氏體(ti)電(dian)位不同，在某些條件下會增加腐(fu)蝕傾向。

  b. 兩(liang)種組織(zhi)的(de)變形(xing)(xing)能力不(bu)同(tong)，在壓力加工時易(yi)形(xing)(xing)成裂(lie)紋。

  c. 在(zai)高溫下長期工作后(hou)，鐵素體內會(hui)產生σ相，引起脆性及某些(xie)條件下的晶間(jian)腐蝕傾(qing)向增大。

從上面的(de)分析可(ke)見，奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)存(cun)在(zai)一定量的(de)δ鐵(tie)素體(ti)，在(zai)不(bu)同(tong)情(qing)(qing)況下的(de)作用是不(bu)同(tong)的(de)，所以(yi)，可(ke)以(yi)根據具體(ti)情(qing)(qing)況的(de)需要，通過成分和熱處(chu)理(li)的(de)調整，控制奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)δ鐵(tie)素體(ti)的(de)含(han)量。

四、充分發揮奧氏體不銹鋼中穩定化元(yuan)素(su)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、奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)件的應力及危害

  當物體受(shou)到外力(li)作用發生變(bian)形時(shi)，其內(nei)(nei)部就會(hui)(hui)出(chu)現一種抵(di)抗變(bian)形的力(li)；物體在(zai)加熱膨(peng)脹和冷卻收縮過程(cheng)中(zhong)受(shou)到阻礙時(shi)，在(zai)內(nei)(nei)部也會(hui)(hui)產生應(ying)力(li)；材料在(zai)加熱或冷卻過程(cheng)中(zhong)，如果有組(zu)織轉變(bian)時(shi)，也會(hui)(hui)產生相變(bian)應(ying)力(li)。

 因(yin)此，奧(ao)氏體不銹鋼(gang)在(zai)制造成零部(bu)件的生產加工過程中，都不可避免地(di)產生應力，并殘(can)留在(zai)零部(bu)件中。

 鑄造(zao)時(shi)，由于鑄件(jian)(jian)(jian)形狀(zhuang)、各部位尺(chi)寸不(bu)(bu)同(tong)(tong)，冷(leng)卻(que)(que)速度和(he)冷(leng)卻(que)(que)順序不(bu)(bu)同(tong)(tong)，會(hui)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)鑄造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)；鍛(duan)造(zao)、軋制(zhi)時(shi)，會(hui)因(yin)為變(bian)形及(ji)變(bian)形量不(bu)(bu)同(tong)(tong)等(deng)原因(yin)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)鍛(duan)造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)；在機械切削加工時(shi)，因(yin)切削力(li)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)；在焊(han)接時(shi)，工件(jian)(jian)(jian)不(bu)(bu)同(tong)(tong)部位的不(bu)(bu)同(tong)(tong)時(shi)加熱、不(bu)(bu)同(tong)(tong)時(shi)冷(leng)卻(que)(que)以及(ji)焊(han)件(jian)(jian)(jian)各部位形狀(zhuang)、尺(chi)寸不(bu)(bu)均勻(yun)而產(chan)(chan)(chan)生(sheng)焊(han)接應(ying)(ying)(ying)力(li)；復雜件(jian)(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)(jian)、截面不(bu)(bu)均勻(yun)件(jian)(jian)(jian)在熱處理快(kuai)速加熱或冷(leng)卻(que)(que)過程中(zhong)產(chan)(chan)(chan)生(sheng)熱應(ying)(ying)(ying)力(li)等(deng)，這些應(ying)(ying)(ying)力(li)的存在，除會(hui)引(yin)起變(bian)形外(wai)，對(dui)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼的另一(yi)個(ge)不(bu)(bu)良(liang)作用是會(hui)在某些使用環境、條件(jian)(jian)(jian)下發(fa)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)。所以，對(dui)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼制(zhi)造(zao)的零部件(jian)(jian)(jian)應(ying)(ying)(ying)注意消(xiao)除殘留應(ying)(ying)(ying)力(li)。

 具有殘(can)留(liu)應(ying)力(li)(li)的制(zhi)件和金屬，由于(yu)能(neng)量提高，原子處于(yu)熱(re)力(li)(li)學(xue)不穩定(ding)狀態，當將其加熱(re)到(dao)一定(ding)溫(wen)度(du)，就會(hui)較快地恢復到(dao)平衡狀態，使(shi)應(ying)力(li)(li)得以消除。

 適當(dang)地熱處(chu)理就是減(jian)小或(huo)消除奧氏體不(bu)銹鋼殘留應(ying)力的重(zhong)要手(shou)段之一。通(tong)常叫消除應(ying)力熱處(chu)理。