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(ao)氏體(ti)不銹鋼中合金碳化(hua)物的析出(chu)與溶(rong)解

 由于(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼中(zhong)鉻－鎳等(deng)合金元素的(de)(de)作用，使奧(ao)氏體(ti)(ti)向馬氏體(ti)(ti)的(de)(de)轉變開始溫(wen)(wen)(wen)度(du)M.降低到室溫(wen)(wen)(wen)以下，高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時穩定的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)組(zu)織能保持到室溫(wen)(wen)(wen)甚至更低一些溫(wen)(wen)(wen)度(du)而(er)不轉變。但是，碳在(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解度(du)隨(sui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)不同而(er)變化。高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時溶(rong)解度(du)大(da)于(yu)低溫(wen)(wen)(wen)時的(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。

奧氏體不(bu)銹鋼(gang)固(gu)溶化熱(re)處理(li)后，應該是奧氏體組織。見圖(tu)3-11。

二、奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)中的σ相(xiang)

奧氏體不(bu)銹鋼在下列情況，有可能(neng)出(chu)現(xian)σ相。

  1. 在產生σ相(xiang)的溫度區(qu)間（500~900℃),長時(shi)間加(jia)熱。

  2. 在(zai)鉻－鎳(nie)奧氏體(ti)不銹鋼中(zhong)加入(ru)了形成鐵素體(ti)的元素，如鈦、鈮(ni)、鉬(mu)、硅等。

  3. 采用形成鐵素體元素高的焊(han)條(tiao)施焊(han)的奧氏體不銹鋼焊(han)縫中。

  4. 鑄(zhu)造(zao)的(de)(de)18-8奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，特(te)別是含鈦、鈮、硅元素較高(gao)的(de)(de)鑄(zhu)造(zao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)容(rong)易出現σ相(xiang)，這可能與鑄(zhu)造(zao)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)成分偏析(xi)有關。

以錳(meng)、氮代鎳的鉻－錳(meng)－鎳－氮系奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中，σ相形成傾向更強一(yi)些。

圖(tu)(tu)3-12是(shi)ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不(bu)銹鋼中的σ相，圖(tu)(tu)3-13是(shi)圖(tu)(tu)3-12的局(ju)部放大(da)圖(tu)(tu)。

 σ相(xiang)在奧氏體不銹鋼中的存(cun)在會有不利作用(yong)。

 首先，σ相是一種(zhong)硬度很(hen)高、塑(su)性低(di)的(de)(de)(de)金屬(shu)間相，其存(cun)(cun)在(zai)于奧氏體不(bu)(bu)銹鋼中，特別(bie)是沿(yan)晶(jing)界(jie)析(xi)(xi)出(chu)(chu)時，會對鋼的(de)(de)(de)塑(su)性產生較大的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，反(fan)映在(zai)鋼的(de)(de)(de)沖擊韌性顯著降低(di)。有資料介紹，在(zai)含1.36%硅的(de)(de)(de)18Cr-8Ni奧氏體不(bu)(bu)銹鋼焊縫中，由(you)于σ相的(de)(de)(de)存(cun)(cun)在(zai)，沖擊功可由(you)105J降至20J.σ相的(de)(de)(de)形成(cheng)還會伴有碳化物(wu)的(de)(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)(chu)，而且析(xi)(xi)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)速度很(hen)快，在(zai)圖3-13中可見沿(yan)晶(jing)界(jie)析(xi)(xi)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)碳化物(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(ge)－鎳奧(ao)氏體不(bu)銹鋼中的(de)σ相(xiang)在加熱到高于其形成溫(wen)度(du)后，會重(zhong)新溶解。一(yi)般(ban)認為，加熱溫(wen)度(du)大于920℃,之后快速冷卻，σ相(xiang)就不(bu)會析出。在實際生(sheng)產(chan)中，采用固溶化熱處理即(ji)可達到目的(de)。

三(san)、奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼中的δ鐵素體(ti)

奧(ao)氏體不銹鋼在某些情(qing)況下會產生δ鐵(tie)素體，即(ji)高溫鐵(tie)素體。

 1. 在鑄造的鉻－鎳奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中，因鑄態化學成分(fen)的不(bu)均勻性，在鐵(tie)素(su)體形成元素(su)偏(pian)聚區(qu)，易生成δ鐵(tie)素(su)體，見圖3-14。

 2. 含有較多(duo)鐵(tie)素(su)體(ti)形成(cheng)元素(su)的(de)(de)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)，如含鉬、硅、鈦、鈮的(de)(de)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)中，會存在一(yi)定的(de)(de)δ鐵(tie)素(su)體(ti)。

 3. 某些奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼的焊(han)縫組織中(zhong)，可能存在δ鐵素體(ti)。見(jian)圖3-15.

 4. 奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼中的δ鐵素體(ti)的含量(liang)還與固溶化溫(wen)度有關，見圖3-16.

δ鐵(tie)素體(ti)在奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)存在，會(hui)產生不(bu)同的(de)作用，有(you)(you)些是(shi)有(you)(you)利的(de)，有(you)(you)些是(shi)有(you)(you)害的(de)。

 有利的(de)作用如下(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(han)有8鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)比純奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服強度(du)要(yao)高(gao)。這(zhe)是因為從屈(qu)(qu)(qu)服強度(du)的(de)位(wei)錯(cuo)理(li)論分析，鐵素(su)體(ti)(ti)具(ju)有體(ti)(ti)心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)(ge)(ge)結(jie)構(gou)(gou)，奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)具(ju)有面心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)(ge)(ge)結(jie)構(gou)(gou)，而(er)體(ti)(ti)心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)(ge)(ge)比面心(xin)(xin)立方(fang)晶(jing)格(ge)(ge)(ge)的(de)晶(jing)格(ge)(ge)(ge)（位(wei)錯(cuo)）阻力大，即(ji)屈(qu)(qu)(qu)服強度(du)高(gao)，從而(er)使(shi)含(han)有一定量(liang)8鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服強度(du)比具(ju)有單一奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服強度(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. 奧氏體不銹(xiu)鋼焊接(jie)時(shi)，當焊縫(feng)中有少量(liang)δ鐵(tie)素體時(shi)，可使(shi)奧氏體晶(jing)(jing)粒長大(da)受到阻(zu)礙，打亂柱(zhu)狀晶(jing)(jing)方向，細化晶(jing)(jing)粒，促進雜質均勻分布，從而減少焊接(jie)熱裂(lie)紋(wen)形成的可能性(xing)。

當然，δ鐵素(su)體(ti)的存在，有時也會(hui)有不利作用。主要(yao)表現如下:

  a. 鐵素(su)體(ti)與奧(ao)氏(shi)體(ti)電位不同，在某些(xie)條(tiao)件下會增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的變形能力不同，在(zai)壓(ya)力加(jia)工時易形成裂紋。

  c. 在高溫下(xia)長(chang)期(qi)工作后(hou)，鐵素體內會產生σ相，引起(qi)脆性(xing)及某些(xie)條件下(xia)的(de)晶間腐蝕傾(qing)向增大。

從上面的(de)(de)分析可(ke)(ke)見，奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中存在(zai)一定量(liang)的(de)(de)δ鐵素體(ti)(ti)，在(zai)不同(tong)情況下(xia)的(de)(de)作用(yong)是不同(tong)的(de)(de)，所以，可(ke)(ke)以根(gen)據具體(ti)(ti)情況的(de)(de)需要，通過成(cheng)分和熱(re)處理的(de)(de)調(diao)整，控制(zhi)奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)中δ鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)含量(liang)。

四(si)、充分發揮奧氏體(ti)不銹鋼(gang)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(ao)氏體不銹(xiu)鋼制件的應力及(ji)危害(hai)

  當物(wu)體(ti)受到(dao)外力(li)(li)作(zuo)用(yong)發生變(bian)形(xing)時，其內部就會(hui)出(chu)現一(yi)種抵(di)抗變(bian)形(xing)的力(li)(li)；物(wu)體(ti)在加(jia)熱膨(peng)脹和冷卻收縮過(guo)程中受到(dao)阻礙(ai)時，在內部也(ye)會(hui)產(chan)生應力(li)(li)；材料在加(jia)熱或(huo)冷卻過(guo)程中，如果有組織轉(zhuan)變(bian)時，也(ye)會(hui)產(chan)生相(xiang)變(bian)應力(li)(li)。

 因此，奧氏(shi)體不(bu)銹鋼在(zai)制造(zao)成零部件的(de)生產加工過程中，都(dou)不(bu)可(ke)避(bi)免地(di)產生應(ying)力，并殘留(liu)在(zai)零部件中。

 鑄(zhu)造(zao)時(shi)，由于鑄(zhu)件(jian)(jian)形(xing)(xing)狀、各(ge)部(bu)位尺寸(cun)不(bu)(bu)同(tong)(tong)，冷(leng)卻(que)速度和冷(leng)卻(que)順(shun)序(xu)不(bu)(bu)同(tong)(tong)，會(hui)產生鑄(zhu)造(zao)應力(li)(li)(li)；鍛造(zao)、軋制(zhi)時(shi)，會(hui)因(yin)為變形(xing)(xing)及(ji)變形(xing)(xing)量(liang)不(bu)(bu)同(tong)(tong)等原因(yin)產生鍛造(zao)應力(li)(li)(li)；在(zai)機(ji)械切削加工時(shi)，因(yin)切削力(li)(li)(li)產生應力(li)(li)(li)；在(zai)焊接時(shi)，工件(jian)(jian)不(bu)(bu)同(tong)(tong)部(bu)位的(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)時(shi)加熱(re)、不(bu)(bu)同(tong)(tong)時(shi)冷(leng)卻(que)以及(ji)焊件(jian)(jian)各(ge)部(bu)位形(xing)(xing)狀、尺寸(cun)不(bu)(bu)均勻而產生焊接應力(li)(li)(li)；復雜件(jian)(jian)、大型件(jian)(jian)、截(jie)面不(bu)(bu)均勻件(jian)(jian)在(zai)熱(re)處理快速加熱(re)或冷(leng)卻(que)過程中(zhong)產生熱(re)應力(li)(li)(li)等，這些(xie)應力(li)(li)(li)的(de)存(cun)在(zai)，除會(hui)引起(qi)變形(xing)(xing)外，對(dui)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)另一個不(bu)(bu)良作(zuo)用是會(hui)在(zai)某些(xie)使用環境、條件(jian)(jian)下發生應力(li)(li)(li)腐蝕。所以，對(dui)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼制(zhi)造(zao)的(de)零部(bu)件(jian)(jian)應注(zhu)意消除殘留應力(li)(li)(li)。

 具有(you)殘留應(ying)力(li)的(de)制件和金屬，由于能量(liang)提(ti)高，原子處于熱(re)力(li)學不穩定狀態，當將(jiang)其(qi)加熱(re)到一定溫度，就會較快地(di)恢復到平衡狀態，使(shi)應(ying)力(li)得以消除。

 適(shi)當(dang)地熱(re)處理(li)就是減小或消(xiao)除奧氏(shi)體不銹鋼殘(can)留應力的(de)重要手段(duan)之一。通常叫消(xiao)除應力熱(re)處理(li)。