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(shi)體不(bu)銹鋼中合金碳化(hua)物的析出與溶解

 由于(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)鉻－鎳(nie)等合金元素的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，使(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)向馬氏(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉變(bian)開始(shi)溫度(du)(du)M.降低到室溫以下，高溫時(shi)穩定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)能保持到室溫甚至更(geng)低一(yi)些溫度(du)(du)而(er)不(bu)(bu)轉變(bian)。但是，碳在奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)(du)隨溫度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)而(er)變(bian)化。高溫時(shi)溶解(jie)度(du)(du)大(da)于(yu)低溫時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(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(ti)不銹鋼固溶化(hua)熱處理后，應該(gai)是奧氏體(ti)組織(zhi)。見(jian)圖3-11。

二、奧氏體不銹鋼中的σ相

奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)在下列(lie)情況，有可能出現σ相。

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

  2. 在鉻－鎳奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中加入了形成鐵素體的元素，如(ru)鈦、鈮、鉬、硅(gui)等(deng)。

  3. 采用形(xing)成鐵(tie)素體(ti)元素高的焊條施焊的奧氏體(ti)不銹鋼(gang)焊縫中。

  4. 鑄造的(de)18-8奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，特(te)別是含鈦、鈮、硅元素較高(gao)的(de)鑄造奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中容易出現σ相，這(zhe)可能與鑄造不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中的(de)成分(fen)偏析有關(guan)。

以錳、氮代鎳的鉻－錳－鎳－氮系奧氏體不銹(xiu)鋼中，σ相形成(cheng)傾向更強一些。

圖3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧(ao)氏體不銹鋼中的(de)σ相，圖3-13是(shi)圖3-12的(de)局部放大圖。

 σ相在(zai)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)存在(zai)會有(you)不(bu)利作用。

 首先，σ相(xiang)是(shi)一種(zhong)硬(ying)度很高、塑性(xing)低的(de)(de)(de)(de)(de)金屬間相(xiang)，其(qi)存在(zai)(zai)于奧(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)，特別是(shi)沿晶界析(xi)出時，會(hui)對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)產生較大的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響，反映在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)沖擊韌性(xing)顯著降(jiang)低。有(you)資料介紹，在(zai)(zai)含1.36%硅的(de)(de)(de)(de)(de)18Cr-8Ni奧(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)縫中(zhong)，由于σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，沖擊功可(ke)(ke)由105J降(jiang)至20J.σ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)形成還會(hui)伴(ban)有(you)碳化(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出，而且析(xi)出的(de)(de)(de)(de)(de)速度很快(kuai)，在(zai)(zai)圖3-13中(zhong)可(ke)(ke)見沿晶界析(xi)出的(de)(de)(de)(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(ao)氏體不銹鋼(gang)中(zhong)的σ相在(zai)加(jia)熱到高于其形成(cheng)溫度后(hou)，會(hui)重新溶解。一(yi)般認為(wei)，加(jia)熱溫度大(da)于920℃,之后(hou)快速冷卻，σ相就不會(hui)析出。在(zai)實際生產中(zhong)，采用固(gu)溶化(hua)熱處理即可達到目的。

三、奧(ao)氏體不銹鋼中的(de)δ鐵素(su)體

奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼在某些(xie)情況下會(hui)產生δ鐵素體，即高溫鐵素體。

 1. 在(zai)鑄(zhu)造的鉻(ge)－鎳(nie)奧(ao)氏體不銹鋼中，因鑄(zhu)態化學成(cheng)分的不均(jun)勻性，在(zai)鐵(tie)素體形(xing)成(cheng)元素偏(pian)聚區，易生成(cheng)δ鐵(tie)素體，見(jian)圖3-14。

 2. 含(han)有較多鐵素(su)體形成元素(su)的奧氏體不銹鋼，如含(han)鉬、硅、鈦、鈮(ni)的奧氏體不銹鋼中，會存在一定的δ鐵素(su)體。

 3. 某些奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的焊縫組織中，可能存在δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧氏體不銹鋼中(zhong)的(de)(de)δ鐵素(su)體的(de)(de)含量還(huan)與固溶化溫度有關，見(jian)圖3-16.

δ鐵素(su)體在奧氏體不銹(xiu)鋼中的(de)(de)存在，會產生不同的(de)(de)作用(yong)，有(you)(you)些(xie)是(shi)有(you)(you)利的(de)(de)，有(you)(you)些(xie)是(shi)有(you)(you)害的(de)(de)。

 有(you)利的作用(yong)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(han)有8鐵素(su)體(ti)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼比(bi)純奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼的(de)屈(qu)服(fu)強度(du)要高(gao)(gao)。這(zhe)是因(yin)為從(cong)屈(qu)服(fu)強度(du)的(de)位錯理論分析，鐵素(su)體(ti)具(ju)(ju)有體(ti)心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格(ge)結構，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)具(ju)(ju)有面心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格(ge)結構，而(er)體(ti)心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格(ge)比(bi)面心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格(ge)的(de)晶(jing)格(ge)（位錯）阻力大(da)，即屈(qu)服(fu)強度(du)高(gao)(gao)，從(cong)而(er)使含(han)有一(yi)(yi)定(ding)量8鐵素(su)體(ti)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼的(de)屈(qu)服(fu)強度(du)比(bi)具(ju)(ju)有單一(yi)(yi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)組織(zhi)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼的(de)屈(qu)服(fu)強度(du)也提高(gao)(gao)了(le)。

 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(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼焊(han)接(jie)(jie)時，當(dang)焊(han)縫中(zhong)有少量δ鐵素體(ti)(ti)時，可使奧氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)粒長大受(shou)到阻(zu)礙，打亂(luan)柱狀晶(jing)方向，細化晶(jing)粒，促進雜質(zhi)均勻分布，從而減(jian)少焊(han)接(jie)(jie)熱(re)裂紋形成的可能性。

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

  a. 鐵素體(ti)與奧(ao)氏體(ti)電位不同，在某些條件下(xia)會增加(jia)腐蝕(shi)傾(qing)向(xiang)。

  b. 兩種組(zu)織的變形(xing)能力不(bu)同，在(zai)壓(ya)力加工時易形(xing)成裂紋。

  c. 在高溫下(xia)長期工作后，鐵素體內(nei)會產生σ相(xiang)，引起脆性及某些條(tiao)件下(xia)的晶間腐蝕傾向(xiang)增大。

從(cong)上面的(de)(de)分(fen)析(xi)可見(jian)，奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼中存(cun)在(zai)一定(ding)量的(de)(de)δ鐵素(su)體，在(zai)不同情況下的(de)(de)作(zuo)用是(shi)不同的(de)(de)，所以，可以根據具體情況的(de)(de)需要，通過成(cheng)分(fen)和熱處理的(de)(de)調整，控(kong)制奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼中δ鐵素(su)體的(de)(de)含量。

四、充分發(fa)揮奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼中穩定化(hua)元素的作用

 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(ti)不銹鋼制件的應(ying)力及(ji)危害(hai)

  當(dang)物(wu)體受(shou)到(dao)外力(li)(li)(li)作(zuo)用發生變形(xing)時，其(qi)內部就會出現一種(zhong)抵(di)抗變形(xing)的力(li)(li)(li)；物(wu)體在(zai)加熱(re)膨脹和冷(leng)卻收縮過(guo)程(cheng)中受(shou)到(dao)阻礙時，在(zai)內部也(ye)會產(chan)生應(ying)力(li)(li)(li)；材料在(zai)加熱(re)或冷(leng)卻過(guo)程(cheng)中，如果有組織轉變時，也(ye)會產(chan)生相變應(ying)力(li)(li)(li)。

 因此，奧氏(shi)體不銹鋼在(zai)制(zhi)造成(cheng)零(ling)部件(jian)的(de)生產(chan)加(jia)工過程中(zhong)，都不可(ke)避(bi)免地產(chan)生應(ying)力，并(bing)殘留(liu)在(zai)零(ling)部件(jian)中(zhong)。

 鑄(zhu)造(zao)時(shi)，由于鑄(zhu)件形狀、各部位(wei)尺寸不(bu)(bu)同，冷卻速(su)度和(he)冷卻順序(xu)不(bu)(bu)同，會(hui)產(chan)生鑄(zhu)造(zao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力；鍛(duan)造(zao)、軋制時(shi)，會(hui)因(yin)為變(bian)形及變(bian)形量不(bu)(bu)同等(deng)原(yuan)因(yin)產(chan)生鍛(duan)造(zao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力；在機械切削(xue)加(jia)工(gong)時(shi)，因(yin)切削(xue)力產(chan)生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力；在焊(han)接時(shi)，工(gong)件不(bu)(bu)同部位(wei)的不(bu)(bu)同時(shi)加(jia)熱(re)、不(bu)(bu)同時(shi)冷卻以(yi)(yi)及焊(han)件各部位(wei)形狀、尺寸不(bu)(bu)均(jun)勻而產(chan)生焊(han)接應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力；復(fu)雜件、大(da)型件、截(jie)面不(bu)(bu)均(jun)勻件在熱(re)處(chu)理(li)快速(su)加(jia)熱(re)或冷卻過程中產(chan)生熱(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力等(deng)，這些(xie)(xie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力的存在，除(chu)會(hui)引起(qi)變(bian)形外，對(dui)(dui)奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)的另一個不(bu)(bu)良作用(yong)是會(hui)在某些(xie)(xie)使(shi)用(yong)環境(jing)、條件下發生應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力腐蝕。所以(yi)(yi)，對(dui)(dui)奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)銹鋼(gang)制造(zao)的零(ling)部件應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)注意(yi)消(xiao)除(chu)殘留應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力。

 具有殘留應力的制件(jian)和金(jin)屬，由(you)于能(neng)量提高，原(yuan)子處于熱力學不穩(wen)定狀態(tai)，當(dang)將其加熱到一定溫度，就會較快地恢復到平(ping)衡狀態(tai)，使應力得以(yi)消除。

 適當地熱處理(li)就是減小(xiao)或消(xiao)除奧氏體不銹鋼殘留應(ying)力的重要手段之(zhi)一。通常叫(jiao)消(xiao)除應(ying)力熱處理(li)。