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)不銹鋼中合金碳化(hua)物的析(xi)出與溶(rong)解

 由于奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼中鉻－鎳等合金元(yuan)素的(de)(de)(de)作用(yong)，使奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)向(xiang)馬氏(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)(de)轉變開始溫(wen)度(du)M.降(jiang)低到室溫(wen)以下(xia)，高溫(wen)時(shi)(shi)穩定的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組織能保持到室溫(wen)甚至更低一些溫(wen)度(du)而(er)不轉變。但是，碳(tan)在奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)中的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)隨溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)不同而(er)變化。高溫(wen)時(shi)(shi)溶(rong)解度(du)大(da)于低溫(wen)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)溶(rong)解度(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)體不銹鋼固(gu)溶化熱處理(li)后，應(ying)該是(shi)奧氏(shi)體組(zu)織。見圖3-11。

二、奧氏(shi)體不銹鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼(gang)在下列情況，有可能(neng)出現σ相(xiang)。

  1. 在(zai)產生σ相(xiang)的溫度區間（500~900℃),長時間加熱(re)。

  2. 在(zai)鉻－鎳奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)加(jia)入了形成鐵(tie)素體的元素，如鈦、鈮、鉬、硅等(deng)。

  3. 采(cai)用形(xing)成鐵素體(ti)元素高的焊(han)條施焊(han)的奧氏(shi)體(ti)不銹鋼焊(han)縫中。

  4. 鑄造(zao)的18-8奧氏體不銹鋼(gang)，特別是含(han)鈦、鈮、硅元素較(jiao)高的鑄造(zao)奧氏體不銹鋼(gang)中(zhong)容易出(chu)現σ相，這可能(neng)與鑄造(zao)不銹鋼(gang)中(zhong)的成分偏(pian)析有關(guan)。

以錳(meng)(meng)、氮代鎳的鉻－錳(meng)(meng)－鎳－氮系(xi)奧氏(shi)體不銹鋼中，σ相形成傾向更(geng)強一些。

圖(tu)(tu)3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不銹鋼中(zhong)的σ相，圖(tu)(tu)3-13是圖(tu)(tu)3-12的局部(bu)放(fang)大(da)圖(tu)(tu)。

 σ相(xiang)在(zai)奧氏(shi)體不銹鋼中的存在(zai)會有不利作用。

 首先(xian)，σ相是(shi)一(yi)種硬度很高(gao)、塑性低的(de)(de)(de)金屬間(jian)相，其(qi)存(cun)在(zai)于(yu)奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中，特別是(shi)沿(yan)晶(jing)界析(xi)(xi)(xi)出時，會對鋼(gang)的(de)(de)(de)塑性產(chan)生(sheng)較大的(de)(de)(de)影(ying)響，反映在(zai)鋼(gang)的(de)(de)(de)沖擊(ji)韌性顯著降(jiang)低。有資料介(jie)紹，在(zai)含1.36%硅(gui)的(de)(de)(de)18Cr-8Ni奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)焊縫中，由(you)(you)于(yu)σ相的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)，沖擊(ji)功可由(you)(you)105J降(jiang)至20J.σ相的(de)(de)(de)形成還會伴(ban)有碳(tan)化物(wu)的(de)(de)(de)析(xi)(xi)(xi)出，而且析(xi)(xi)(xi)出的(de)(de)(de)速度很快，在(zai)圖3-13中可見沿(yan)晶(jing)界析(xi)(xi)(xi)出的(de)(de)(de)碳(tan)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－鎳奧氏(shi)體不銹鋼中的σ相在(zai)加熱(re)到(dao)(dao)高于其形成溫度后(hou)，會(hui)重新(xin)溶(rong)解(jie)。一般認(ren)為，加熱(re)溫度大于920℃,之后(hou)快速冷卻，σ相就不會(hui)析出。在(zai)實際生產中，采用(yong)固溶(rong)化熱(re)處(chu)理(li)即(ji)可達到(dao)(dao)目的。

三、奧氏體不銹(xiu)鋼中的δ鐵素體

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

 1. 在(zai)鑄造的鉻－鎳奧氏體(ti)不銹鋼中，因鑄態化學成分的不均勻性，在(zai)鐵(tie)素體(ti)形成元素偏(pian)聚(ju)區，易生(sheng)成δ鐵(tie)素體(ti)，見圖3-14。

 2. 含有較多鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元素(su)的(de)奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，如(ru)含鉬、硅、鈦(tai)、鈮的(de)奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中，會(hui)存在一定的(de)δ鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)。

 3. 某些奧氏體不銹鋼的(de)焊(han)縫組織中(zhong)，可能存(cun)在δ鐵素體。見圖3-15.

 4. 奧(ao)氏體(ti)不銹鋼中的(de)(de)δ鐵素體(ti)的(de)(de)含量還與固溶化(hua)溫度有關，見圖3-16.

δ鐵素(su)體在奧氏體不(bu)銹鋼中的(de)存在，會產生(sheng)不(bu)同的(de)作用，有(you)(you)些(xie)是有(you)(you)利的(de)，有(you)(you)些(xie)是有(you)(you)害的(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)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)比(bi)純奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)屈(qu)(qu)服強(qiang)度(du)要高。這是因為從屈(qu)(qu)服強(qiang)度(du)的(de)位錯理論分析，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)具有(you)體(ti)(ti)心(xin)立方晶(jing)(jing)格(ge)結(jie)(jie)構，奧氏(shi)體(ti)(ti)具有(you)面心(xin)立方晶(jing)(jing)格(ge)結(jie)(jie)構，而(er)體(ti)(ti)心(xin)立方晶(jing)(jing)格(ge)比(bi)面心(xin)立方晶(jing)(jing)格(ge)的(de)晶(jing)(jing)格(ge)（位錯）阻力大，即屈(qu)(qu)服強(qiang)度(du)高，從而(er)使(shi)含有(you)一定量8鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)屈(qu)(qu)服強(qiang)度(du)比(bi)具有(you)單一奧氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)屈(qu)(qu)服強(qiang)度(du)也提(ti)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(shi)體不銹鋼焊(han)(han)接(jie)時，當焊(han)(han)縫中有少量δ鐵素體時，可使(shi)奧氏(shi)體晶(jing)粒長(chang)大受到阻礙，打亂柱狀晶(jing)方向，細化晶(jing)粒，促進雜質均勻分布，從而減(jian)少焊(han)(han)接(jie)熱裂(lie)紋形成的可能性。

當然(ran)，δ鐵素體的存在(zai)，有時也會有不(bu)利(li)作用。主(zhu)要表現(xian)如下(xia):

  a. 鐵素體與奧(ao)氏體電位不(bu)同，在(zai)某些(xie)條件下會增加腐蝕(shi)傾向。

  b. 兩種組織的變形能力(li)不同，在壓力(li)加工時(shi)易形成裂紋。

  c. 在高溫(wen)下長期工作后，鐵素體內會產生σ相，引起脆性及某些條件下的(de)晶間腐(fu)蝕傾向(xiang)增(zeng)大。

從上面的(de)(de)(de)分析可見，奧氏體(ti)不銹鋼中存在一定量的(de)(de)(de)δ鐵素(su)體(ti)，在不同情況(kuang)下的(de)(de)(de)作用是不同的(de)(de)(de)，所以(yi)，可以(yi)根據(ju)具體(ti)情況(kuang)的(de)(de)(de)需要，通過成分和熱處理的(de)(de)(de)調(diao)整(zheng)，控(kong)制奧氏體(ti)不銹鋼中δ鐵素(su)體(ti)的(de)(de)(de)含量。

四、充分發揮奧(ao)氏體不銹鋼中穩定化元素的作用

 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、奧氏體不銹鋼制件的應力及危害

  當物(wu)體受到外力(li)作用發生(sheng)變形(xing)時，其內(nei)部就會(hui)出現一種抵抗變形(xing)的力(li)；物(wu)體在(zai)加熱膨脹和冷(leng)卻收(shou)縮過程(cheng)中(zhong)受到阻礙時，在(zai)內(nei)部也會(hui)產(chan)生(sheng)應力(li)；材(cai)料(liao)在(zai)加熱或冷(leng)卻過程(cheng)中(zhong)，如(ru)果有(you)組織轉變時，也會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)變應力(li)。

 因此(ci)，奧氏(shi)體不(bu)銹鋼在(zai)制造成(cheng)零(ling)部件(jian)的生產(chan)(chan)加工(gong)過(guo)程中(zhong)，都不(bu)可避(bi)免(mian)地產(chan)(chan)生應力，并殘留在(zai)零(ling)部件(jian)中(zhong)。

 鑄造(zao)時(shi)，由于鑄件(jian)形(xing)狀、各(ge)(ge)部(bu)位(wei)尺寸不(bu)(bu)同(tong)，冷(leng)卻速(su)度(du)和冷(leng)卻順序不(bu)(bu)同(tong)，會產(chan)生(sheng)鑄造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；鍛造(zao)、軋制時(shi)，會因(yin)為(wei)變形(xing)及變形(xing)量不(bu)(bu)同(tong)等(deng)原因(yin)產(chan)生(sheng)鍛造(zao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)機械切削加(jia)工(gong)時(shi)，因(yin)切削力(li)(li)產(chan)生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；在(zai)焊接時(shi)，工(gong)件(jian)不(bu)(bu)同(tong)部(bu)位(wei)的(de)不(bu)(bu)同(tong)時(shi)加(jia)熱(re)、不(bu)(bu)同(tong)時(shi)冷(leng)卻以及焊件(jian)各(ge)(ge)部(bu)位(wei)形(xing)狀、尺寸不(bu)(bu)均(jun)勻而產(chan)生(sheng)焊接應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)；復雜件(jian)、大型件(jian)、截面(mian)不(bu)(bu)均(jun)勻件(jian)在(zai)熱(re)處理(li)快速(su)加(jia)熱(re)或冷(leng)卻過程中(zhong)產(chan)生(sheng)熱(re)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)等(deng)，這(zhe)些應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)存在(zai)，除會引起變形(xing)外(wai)，對(dui)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)另一個不(bu)(bu)良(liang)作用是會在(zai)某些使用環境、條件(jian)下發生(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)。所以，對(dui)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制造(zao)的(de)零部(bu)件(jian)應(ying)(ying)(ying)注(zhu)意消除殘留應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。

 具有殘留應(ying)力(li)的制件(jian)和(he)金屬，由于能量提高，原子(zi)處于熱(re)力(li)學不穩(wen)定(ding)狀態，當將其加熱(re)到一定(ding)溫(wen)度，就會(hui)較快地恢復(fu)到平衡狀態，使應(ying)力(li)得(de)以消除(chu)。

 適(shi)當地熱處理就是減(jian)小或消除(chu)奧氏(shi)體不銹鋼殘(can)留應力(li)的重要手段之一(yi)。通常叫(jiao)消除(chu)應力(li)熱處理。