奧氏體不銹鋼的基體組織是奧氏體，在加熱和冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變，不能通過(guò)熱處理方法調(diào)整組織和改變力學(xué)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(yīng)力，或使已經(jīng)加工硬化的材料得到軟化。

一、奧氏體不銹鋼中合金碳化物的析出與溶解

 由于奧氏體不銹鋼中鉻－鎳等合金元素的作用，使奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變開始溫度M.降低到室溫以下，高溫時(shí)穩(wěn)定的奧氏體組織能保持到室溫甚至更低一些溫度而不轉(zhuǎn)變。但是，碳在奧氏體中的溶解度隨溫度的不同而變化。高溫時(shí)溶解度大于低溫時(shí)的溶解度，見(jiàn)圖3-9。

 從圖3-9可知，18Cr-8Ni型鋼，在1200℃時(shí)碳的溶解度約為0.34%,在1000℃時(shí)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(shí)，碳的溶解度約為0.03%,常溫時(shí)更少，所以，從較高溫度緩慢冷卻下來(lái)時(shí)，碳便會(huì)以碳化物形式析出。碳原子的原子半徑小，超過(guò)固溶極限的碳不能存在于奧氏體晶粒內(nèi)，便會(huì)沿晶粒界析出，這部分碳是不穩(wěn)定的，只能與周圍基體中的鉻形成穩(wěn)定的碳化鉻Cr₂₃C₆保存下來(lái)。因?yàn)镃r₂₃C₆中含有一部分鐵，所以有時(shí)這種鉻的碳化物就記成（FeCr)₂₃C₆.按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算，碳約與10倍的鉻生成碳化物，因而奧氏體晶粒界處便會(huì)由于碳與鉻的析出而在（FeCr)₂₃C₆周圍產(chǎn)生貧鉻區(qū)。另一方面，由于鉻的原子較大，它不能很快地通過(guò)擴(kuò)散移動(dòng)方式補(bǔ)充到貧鉻區(qū)去，使形成的貧鉻區(qū)得以保存下來(lái)。見(jiàn)圖3-10,由于含鉻量達(dá)不到保證耐腐蝕的程度，當(dāng)材料在具有腐蝕條件的環(huán)境下，這個(gè)位置首先受到腐蝕，即沿奧氏體晶粒界處產(chǎn)生腐蝕。

 在實(shí)際生產(chǎn)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(guò)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(xiàn)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(lái)，讓碳較穩(wěn)定地保留在奧氏體中而不能析出。這就是所說(shuō)的固溶化熱處理，也是奧氏體不銹鋼最主要的熱處理。

奧氏體不銹鋼固溶化熱處理后，應(yīng)該是奧氏體組織。見(jiàn)圖3-11。

二、奧氏體不銹鋼中的σ相

奧氏體不銹鋼在下列情況，有可能出現(xiàn)σ相。

  1. 在產(chǎn)生σ相的溫度區(qū)間（500~900℃),長(zhǎng)時(shí)間加熱。

  2. 在鉻－鎳奧氏體不銹鋼中加入了形成鐵素體的元素，如鈦、鈮、鉬、硅等。

  3. 采用形成鐵素體元素高的焊條施焊的奧氏體不銹鋼焊縫中。

  4. 鑄造的18-8奧氏體不銹鋼，特別是含鈦、鈮、硅元素較高的鑄造奧氏體不銹鋼中容易出現(xiàn)σ相，這可能與鑄造不銹鋼中的成分偏析有關(guān)。

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

圖3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奧氏體不銹鋼中的σ相，圖3-13是圖3-12的局部放大圖。

 σ相在奧氏體不銹鋼中的存在會(huì)有不利作用。

 首先，σ相是一種硬度很高、塑性低的金屬間相，其存在于奧氏體不銹鋼中，特別是沿晶界析出時(shí)，會(huì)對(duì)鋼的塑性產(chǎn)生較大的影響，反映在鋼的沖擊韌性顯著降低。有資料介紹，在含1.36%硅的18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼焊縫中，由于σ相的存在，沖擊功可由105J降至20J.σ相的形成還會(huì)伴有碳化物的析出，而且析出的速度很快，在圖3-13中可見(jiàn)沿晶界析出的碳化物。

 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(shí)，同樣在其周圍局部地區(qū)形成貧鉻區(qū)，會(huì)在腐蝕介質(zhì)中引起晶間腐蝕，特別是在強(qiáng)氧化介質(zhì)中，使材料的晶間腐蝕更敏感。同樣的原因，也會(huì)使材料在含Cl^-介質(zhì)中的點(diǎn)腐蝕傾向加重。

 鉻－鎳奧氏體不銹鋼中的σ相在加熱到高于其形成溫度后，會(huì)重新溶解。一般認(rèn)為，加熱溫度大于920℃,之后快速冷卻，σ相就不會(huì)析出。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用固溶化熱處理即可達(dá)到目的。

三、奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體

奧氏體不銹鋼在某些情況下會(huì)產(chǎn)生δ鐵素體，即高溫鐵素體。

 1. 在鑄造的鉻－鎳奧氏體不銹鋼中，因鑄態(tài)化學(xué)成分的不均勻性，在鐵素體形成元素偏聚區(qū)，易生成δ鐵素體，見(jiàn)圖3-14。

 2. 含有較多鐵素體形成元素的奧氏體不銹鋼，如含鉬、硅、鈦、鈮的奧氏體不銹鋼中，會(huì)存在一定的δ鐵素體。

 3. 某些奧氏體不銹鋼的焊縫組織中，可能存在δ鐵素體。見(jiàn)圖3-15.

 4. 奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體的含量還與固溶化溫度有關(guān)，見(jiàn)圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不銹鋼中的存在，會(huì)產(chǎn)生不同的作用，有些是有利的，有些是有害的。

 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(shí)，可以減少或防止產(chǎn)生晶間腐蝕。因?yàn)閵W氏體不銹鋼中含有鐵素體后，就產(chǎn)生了一部分鐵素體－奧氏體之間的界面，研究證明，這個(gè)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(yōu)先在鐵素體－奧氏體界面上析出，又因?yàn)殍F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(dòng)速度較快，所以，自鐵素體中移動(dòng)過(guò)來(lái)的鉻原子很快補(bǔ)充到（FeCr)₂₃C_6，附近的貧鉻部位，使該處的鉻得以較快恢復(fù)到不會(huì)產(chǎn)生腐蝕的濃度，從而不易產(chǎn)生晶間腐蝕。也有人認(rèn)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8鐵素體的奧氏體不銹鋼比純奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度要高。這是因?yàn)閺那?qiáng)度的位錯(cuò)理論分析，鐵素體具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)，奧氏體具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，而體心立方晶格比面心立方晶格的晶格（位錯(cuò)）阻力大，即屈服強(qiáng)度高，從而使含有一定量8鐵素體的奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度比具有單一奧氏體組織的奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度也提高了。

 3. 一定量δ鐵素體的存在，在低應(yīng)力條件下（低于材料屈服強(qiáng)度），可以降低奧氏體不銹鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性。這首先是因?yàn)殍F素體晶格（位錯(cuò)）阻力大，晶?；票葕W氏體困難，同時(shí)，鐵素體還可以對(duì)奧氏體起到陰極保護(hù)作用的結(jié)果。

4. 奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，當(dāng)焊縫中有少量δ鐵素體時(shí)，可使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受到阻礙，打亂柱狀晶方向，細(xì)化晶粒，促進(jìn)雜質(zhì)均勻分布，從而減少焊接熱裂紋形成的可能性。

當(dāng)然，δ鐵素體的存在，有時(shí)也會(huì)有不利作用。主要表現(xiàn)如下:

  a. 鐵素體與奧氏體電位不同，在某些條件下會(huì)增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的變形能力不同，在壓力加工時(shí)易形成裂紋。

  c. 在高溫下長(zhǎng)期工作后，鐵素體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生σ相，引起脆性及某些條件下的晶間腐蝕傾向增大。

從上面的分析可見(jiàn)，奧氏體不銹鋼中存在一定量的δ鐵素體，在不同情況下的作用是不同的，所以，可以根據(jù)具體情況的需要，通過(guò)成分和熱處理的調(diào)整，控制奧氏體不銹鋼中δ鐵素體的含量。

四、充分發(fā)揮奧氏體不銹鋼中穩(wěn)定化元素的作用

 鈦或鈮作為穩(wěn)定化元素加入奧氏體不銹鋼中，會(huì)提高其抗晶間腐蝕的能力，這是因?yàn)樗鼈兣c碳的結(jié)合能力強(qiáng)于鉻，使鋼中的碳盡量形成TiC、NbC,減少鉻與碳結(jié)合形成（FeCr)₂₃C₆并從晶界析出的機(jī)會(huì)，使鉻能較好地存在于固溶體中，保持鉻的有效濃度，不產(chǎn)生貧鉻區(qū)。但是，雖然奧氏體不銹鋼中含有了足夠量的鈦或鈮，在進(jìn)行固溶化處理時(shí)，在（FeCr)₂₃C₆溶解的同時(shí)，TiC,NbC也會(huì)溶解，奧氏體中飽和了大量的碳，在以后的450~800℃區(qū)間加熱時(shí)，由于鈦或鈮的原子半徑大于鉻的原子半徑，鈦或鈮比鉻擴(kuò)散困難，結(jié)果還會(huì)形成大量的鉻的碳化物。可見(jiàn)，只進(jìn)行固溶化熱處理，鈦或鈮不能充分發(fā)揮作用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，如果把含有穩(wěn)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(shí)，從（FeCr)₂₃C₆分解出來(lái)的碳又會(huì)被鈦或鈮化合成TiC或NbC,從而最大限度地發(fā)揮了鈦或鈮的作用。使鉻沒(méi)有與碳結(jié)合的機(jī)會(huì)并保持在奧氏體中，這種熱處理方法就是含穩(wěn)定化元素奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定化熱處理（也叫穩(wěn)定化退火）。

五、奧氏體不銹鋼制件的應(yīng)力及危害

  當(dāng)物體受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)一種抵抗變形的力；物體在加熱膨脹和冷卻收縮過(guò)程中受到阻礙時(shí)，在內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力；材料在加熱或冷卻過(guò)程中，如果有組織轉(zhuǎn)變時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生相變應(yīng)力。

 因此，奧氏體不銹鋼在制造成零部件的生產(chǎn)加工過(guò)程中，都不可避免地產(chǎn)生應(yīng)力，并殘留在零部件中。

 鑄造時(shí)，由于鑄件形狀、各部位尺寸不同，冷卻速度和冷卻順序不同，會(huì)產(chǎn)生鑄造應(yīng)力；鍛造、軋制時(shí)，會(huì)因?yàn)樽冃渭白冃瘟坎煌仍虍a(chǎn)生鍛造應(yīng)力；在機(jī)械切削加工時(shí)，因切削力產(chǎn)生應(yīng)力；在焊接時(shí)，工件不同部位的不同時(shí)加熱、不同時(shí)冷卻以及焊件各部位形狀、尺寸不均勻而產(chǎn)生焊接應(yīng)力；復(fù)雜件、大型件、截面不均勻件在熱處理快速加熱或冷卻過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力等，這些應(yīng)力的存在，除會(huì)引起變形外，對(duì)奧氏體不銹鋼的另一個(gè)不良作用是會(huì)在某些使用環(huán)境、條件下發(fā)生應(yīng)力腐蝕。所以，對(duì)奧氏體不銹鋼制造的零部件應(yīng)注意消除殘留應(yīng)力。

 具有殘留應(yīng)力的制件和金屬，由于能量提高，原子處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)將其加熱到一定溫度，就會(huì)較快地恢復(fù)到平衡狀態(tài)，使應(yīng)力得以消除。

 適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚砭褪菧p小或消除奧氏體不銹鋼殘留應(yīng)力的重要手段之一。通常叫消除應(yīng)力熱處理。