馬氏體不銹鋼的熱處理理論，如馬氏體不銹鋼加熱時的轉(zhuǎn)變（奧氏體化）、冷卻時的轉(zhuǎn)變（奧氏體轉(zhuǎn)變）以及淬火馬氏體回火時的轉(zhuǎn)變，基本與碳鋼、合金鋼相似。只不過是由于較高的鉻含量及鉬、釩等合金元素的存在，使這些轉(zhuǎn)變復(fù)雜化了，并具有新的特點。與碳鋼不同的另一個問題是，對馬氏體不銹鋼的熱處理除保證要求的機械性能外，還應(yīng)考慮不同使用環(huán)境中的耐腐蝕性要求。

下面以鉻的影響為例，說明馬氏體不銹鋼熱處理時的特點。

1. 鐵－碳合金加熱時的轉(zhuǎn)變

  眾所周知，通過淬火可以硬化的鋼，加熱轉(zhuǎn)變即鋼的奧氏體化是一個重要的過程。

 根據(jù)圖4-6的鐵碳系平衡相圖可知，鋼加熱到PSK(A1)溫度時，開始發(fā)生α,+Fe3C≤y.轉(zhuǎn)變，即珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。隨著加熱溫度的升高，依據(jù)鋼中碳成分的高低，會發(fā)生α向y的溶解或Fe3C向γ的溶解過程。這個過程將在GS(A3)溫度（亞共析鋼）或ES(A)溫度（過共析鋼）基本結(jié)束。

  鋼在加熱奧氏體化時，包括奧氏體的形成和成分均勻化過程。對于碳鋼來說，奧氏體成分均勻化主要是碳的均勻化。從圖4-6可知，鋼加熱時形成的奧氏體（γ)的成分與原來鐵素體（α)和滲碳體（Fe,C)的成分相差很大。所以，在鋼奧氏體化過程中，有一個重要的現(xiàn)象，就是碳原子的擴散。通過碳原子的擴散，使奧氏體成分均勻化。

 在馬氏體不銹鋼中，由于有較高的含鉻量，使得奧氏體形成和均勻化過程復(fù)雜化了。

 2. 鉻對鋼加熱轉(zhuǎn)變的作用和影響

 鉻所以能對鋼加熱轉(zhuǎn)變，即鋼的奧氏體化過程產(chǎn)生作用和影響是由鉻的一些特性決定的。

 首先，鉻與鐵可形成連續(xù)固溶體。鉻與αx-Fe原子結(jié)構(gòu)相同，均屬于體心立方晶格；點陣常數(shù)接近，鉻點陣常數(shù)為2.878×10^-8cm,α-Fe點陣常數(shù)為2.8605×10^-8cm;原子間距接近，鉻原子間距為2.492×10^-8cm,α-Fe原子間距為2.477×10^-8cm;

 當配位數(shù)為12時，兩者原子直徑接近，鉻原子直徑約為2.57×10^-8cm,α-Fe原子直徑約為2.54×10^-8cm;鉻和α-Fe的電勢接近，鉻的電負性為1.6,α-Fe的電負性為1.8。

 鉻與α-Fe之間正是由于有這么多相似之處，才使其能形成連續(xù)固溶體。

 第二，鉻是強碳化物形成元素，鉻與碳能形成多種碳化物。經(jīng)究表明，在鋼中加入鉻時，隨鉻量的不同，鉻與碳會形成多種穩(wěn)定的碳化物，主要有（FeCr)₃C、（FeCr)₇C₃、（FeCr)₂₃ C₆等。不同類型的碳化物晶格類型不同，含鉻量也不同。（FeCr)₃C型碳化物屬斜方點陣，其可含鉻至少為15%,（FeCr)₇C₃型碳化物屬菱方點陣，至少含鉻為35%;而（FeCr)₂₃C₆屬立方點陣，至少含鉻為70%.在馬氏體不銹鋼中，碳化物以（FeCr)₂₃ C₆為主。

 鉻的這些特性對鋼相變和奧氏體形成產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在以下方面。

 a. 對Fe-Fe₃C相圖及相變點的影響

鉻含量不同，對相圖的影響程度也不同。以含鉻12%~13%時的影響為例。

圖4-7和圖4-8,是含鉻為13%和12%的Fe-Cr-C平衡相圖，將其與圖4-6對比可見，由于鉻的作用使γ相區(qū)縮小了，相變點的位置也發(fā)生了改變（圖4-8),共析點左移了（由B至B'),即共析點碳含量降低了；碳在奧氏體中最大溶解度減少了（由E至E');8相的穩(wěn)定溫度降低了（由FG至F'G');α相的穩(wěn)定溫度升高了（由AB至A'B')。

 b. 鉻對奧氏體形成的影響

 眾所周知，根據(jù)鋼的熱處理相變理論，鋼在加熱形成奧氏體的轉(zhuǎn)變過程中，奧氏體首先在鐵素體和滲碳體兩相交界處形核，之后，滲碳體逐漸溶解，奧氏體向鐵素體成長。這個過程的關(guān)鍵是碳的擴散，或者說，奧氏體的形成是通過碳的擴散來實現(xiàn)的。鉻元素的存在對碳的擴散的影響是復(fù)雜的。研究表明：當含鉻量較低時，鉻與碳形成較穩(wěn)定的不易溶解的（FeCr)₃C或（FeCr)₇C₃型的碳化物，這時，鉻會降低碳在奧氏體中的擴散系數(shù)，使奧氏體形成速度減慢。而當含鉻量大于11%時，碳化物的類型變成了含碳量較少的，較易溶解的（FeCr)₂₃C₆.這種碳化物是不穩(wěn)定的，并且，在鋼中生成較多的（FeCr)₂₃C₆時，相對地增加了相界面，因此，有利于奧氏體的形成速度的增快。

 鉻的存在使鐵素體（α相）的穩(wěn)定度升高了，又對奧氏體的形成產(chǎn)生了不利的作用。

 鉻降低了碳在奧氏體中的溶解度，也就是降低了奧氏體形成時的兩相界面濃度差和碳的濃度梯度，這會降低碳在奧氏體中的擴散速度，不利于奧氏體的形成。

 奧氏體的形成除了碳的擴散作用外，還存在鉻元素本身的擴散和均勻化問題。鉻是強碳化物形成元素，當鉻大于11%時，所形成的碳化物（FeCr)₂₃C₆中，含鉻量可達70%左右，可見在奧氏體形成的初始階段，鉻的不均勻性是明顯的。為保證奧氏體成分的均勻化，鉻的擴散也是必須的。而鉻在奧氏體中的擴散系數(shù)比碳在奧氏體中的擴散系數(shù)小得多，有的研究表明，前者比后者低4~5個數(shù)量級。

可見，在馬氏體不銹鋼中，13%左右的鉻元素的存在，通過其對相變點、對碳的擴散、對兩相界面多少的影響及鉻自身擴散困難等因素，綜合反映在鋼加熱、奧氏體形成過程中總的作用是減緩速度，不利于奧氏體成分的均勻化。

 合金奧氏體形成時，碳化物的溶解程度、奧氏體成分的均勻性對鋼熱處理后的組織和性能影響很大。奧氏體成分的不均勻，固溶體中碳和合金元素不足，會使鋼淬火后的馬氏體硬度不足，合金元素不能充分發(fā)揮作用，降低鋼的淬透性、力學(xué)性能和耐腐蝕性能。

 考慮鉻元素對鋼熱處理加熱奧氏體形成過程中的作用和影響，我們在制訂熱處理工藝時，應(yīng)適當提高淬火加熱溫度，延長保溫時間，以保證合金碳化物的充分溶解和奧氏體成分均勻化，從而保證最大限度發(fā)揮材料熱處理后的各項性能。