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(fā)生相變，不能通過熱處理方法調(diào)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(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。高溫時溶解度大于低溫時的溶解度，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(nèi)，便會沿晶粒界析出，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。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(shù)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(chǎn)生貧鉻區(qū)。另一方面，由于鉻的原子較大，它不能很快地通過擴散移動方式補充到貧鉻區(qū)去，使形成的貧鉻區(qū)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(huán)境下，這個位置首先受到腐蝕，即沿奧氏體晶粒界處產(chǎn)生腐蝕。

 在實際生產(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，讓碳較穩(wěn)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。

奧氏體不銹鋼固溶化熱處理后，應(yīng)該是奧氏體組織。見圖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℃),長時間加熱。

  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，會對鋼的塑性產(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相的形成還會伴有碳化物的析出，而且析出的速度很快，在圖3-13中可見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，同樣在其周圍局部地區(qū)形成貧鉻區(qū)，會在腐蝕介質(zhì)中引起晶間腐蝕，特別是在強氧化介質(zhì)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(zhì)中的點腐蝕傾向加重。

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

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)，見圖3-16.

δ鐵素體在奧氏體不銹鋼中的存在，會產(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，可以減少或防止產(chǎn)生晶間腐蝕。因為奧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(chǎn)生腐蝕的濃度，從而不易產(chǎn)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8鐵素體的奧氏體不銹鋼比純奧氏體不銹鋼的屈服強度要高。這是因為從屈服強度的位錯理論分析，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）阻力大，即屈服強度高，從而使含有一定量8鐵素體的奧氏體不銹鋼的屈服強度比具有單一奧氏體組織的奧氏體不銹鋼的屈服強度也提高了。

 3. 一定量δ鐵素體的存在，在低應(yīng)力條件下（低于材料屈服強度），可以降低奧氏體不銹鋼對應(yīng)力腐蝕的敏感性。這首先是因為鐵素體晶格（位錯）阻力大，晶?；票葕W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(jié)果。

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

當然，δ鐵素體的存在，有時也會有不利作用。主要表現(xiàn)如下:

  a. 鐵素體與奧氏體電位不同，在某些條件下會增加腐蝕傾向。

  b. 兩種組織的變形能力不同，在壓力加工時易形成裂紋。

  c. 在高溫下長期工作后，鐵素體內(nèi)會產(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，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，會提高其抗晶間腐蝕的能力，這是因為它們與碳的結(jié)合能力強于鉻，使鋼中的碳盡量形成TiC、NbC,減少鉻與碳結(jié)合形成（FeCr)₂₃C₆并從晶界析出的機會，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(qū)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(jié)果還會形成大量的鉻的碳化物?？梢?，只進行固溶化熱處理，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，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(fā)揮了鈦或鈮的作用。使鉻沒有與碳結(jié)合的機會并保持在奧氏體中，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

  當物體受到外力作用發(fā)生變形時，其內(nèi)部就會出現(xiàn)一種抵抗變形的力；物體在加熱膨脹和冷卻收縮過程中受到阻礙時，在內(nèi)部也會產(chǎn)生應(yīng)力；材料在加熱或冷卻過程中，如果有組織轉(zhuǎn)變時，也會產(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，由于鑄件形狀、各部位尺寸不同，冷卻速度和冷卻順序不同，會產(chǎn)生鑄造應(yīng)力；鍛造、軋制時，會因為變形及變形量不同等原因產(chǎn)生鍛造應(yīng)力；在機械切削加工時，因切削力產(chǎn)生應(yīng)力；在焊接時，工件不同部位的不同時加熱、不同時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；復雜件、大型件、截面不均勻件在熱處理快速加熱或冷卻過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力等，這些應(yīng)力的存在，除會引起變形外，對奧氏體不銹鋼的另一個不良作用是會在某些使用環(huán)境、條件下發(fā)生應(yīng)力腐蝕。所以，對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，原子處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，當將其加熱到一定溫度，就會較快地恢復到平衡狀態(tài)，使應(yīng)力得以消除。

 適當?shù)責崽幚砭褪菧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。