奥氏体不锈钢的基体组织是奥氏体，在加热和冷却过程中不发生相变，不能通过热处理方法调整组织和改变力学性能。所以，奥氏体不锈钢热处理的主要目的是提高耐腐蚀性能，消除应力，或使已经加工硬化的材料得到软化。
一、奥氏体不锈钢中合金碳化物的析出与溶解
由于奥氏体不锈钢中铬－镍等合金元素的作用，使奥氏体向马氏体的转变开始温度M.降低到室温以下，高温时稳定的奥氏体组织能保持到室温甚至更低一些温度而不转变。但是，碳在奥氏体中的溶解度随温度的不同而变化。高温时溶解度大于低温时的溶解度，见图3-9。
从图3-9可知，18Cr-8Ni型钢，在1200℃时碳的溶解度约为0.34%,在1000℃时约为0.18%,而该钢含碳量通常在0.08%以下，因此，在1000℃以上碳全部固溶于奥氏体中。而在600℃时，碳的溶解度约为0.03%,常温时更少，所以，从较高温度缓慢冷却下来时，碳便会以碳化物形式析出。碳原子的原子半径小，超过固溶极限的碳不能存在于奥氏体晶粒内，便会沿晶粒界析出，这部分碳是不稳定的，只能与周围基体中的铬形成稳定的碳化铬Cr23C6保存下来。因为Cr23C6中含有一部分铁，所以有时这种铬的碳化物就记成（FeCr)23C6.按重量百分数计算，碳约与10倍的铬生成碳化物，因而奥氏体晶粒界处便会由于碳与铬的析出而在（FeCr)23C6周围产生贫铬区。另一方面，由于铬的原子较大，它不能很快地通过扩散移动方式补充到贫铬区去，使形成的贫铬区得以保存下来。见图3-10,由于含铬量达不到保证耐腐蚀的程度，当材料在具有腐蚀条件的环境下，这个位置首先受到腐蚀，即沿奥氏体晶粒界处产生腐蚀。
在实际生产中，奥氏体不锈钢铸件的铸造后冷却、锻件的锻后冷却及在焊接件近焊缝的某些部位的冷却过程中，均可有（FeCr)23C6从奥氏体中析出，使晶界处贫铬。所以，为保证奥氏体不锈钢制件的耐腐蚀性，特别是耐晶间腐蚀性，就要将已从奥氏体中析出，并在奥氏体晶粒界造成贫铬现象的（FeCr)23C6重新溶解到奥氏体中去，即加热到一定温度后迅速冷却下来，让碳较稳定地保留在奥氏体中而不能析出。这就是所说的固溶化热处理，也是奥氏体不锈钢最主要的热处理。
奥氏体不锈钢固溶化热处理后，应该是奥氏体组织。见图3-11。
二、奥氏体不锈钢中的σ相
奥氏体不锈钢在下列情况，有可能出现σ相。
1. 在产生σ相的温度区间（500~900℃),长时间加热。
2. 在铬－镍奥氏体不锈钢中加入了形成铁素体的元素，如钛、铌、钼、硅等。
3. 采用形成铁素体元素高的焊条施焊的奥氏体不锈钢焊缝中。
4. 铸造的18-8奥氏体不锈钢，特别是含钛、铌、硅元素较高的铸造奥氏体不锈钢中容易出现σ相，这可能与铸造不锈钢中的成分偏析有关。
以锰、氮代镍的铬－锰－镍－氮系奥氏体不锈钢中，σ相形成倾向更强一些。
图3-12是ZG1Cr17Mn9Ni4Mo2CuN 奥氏体不锈钢中的σ相，图3-13是图3-12的局部放大图。
σ相在奥氏体不锈钢中的存在会有不利作用。
首先，σ相是一种硬度很高、塑性低的金属间相，其存在于奥氏体不锈钢中，特别是沿晶界析出时，会对钢的塑性产生较大的影响，反映在钢的冲击韧性显著降低。有资料介绍，在含1.36%硅的18Cr-8Ni奥氏体不锈钢焊缝中，由于σ相的存在，冲击功可由105J降至20J.σ相的形成还会伴有碳化物的析出，而且析出的速度很快，在图3-13中可见沿晶界析出的碳化物。
另外，由于铬－镍奥氏体不锈钢中的σ相是含有较高铬量的铬－铁金属间化合物，其在晶界形成时，同样在其周围局部地区形成贫铬区，会在腐蚀介质中引起晶间腐蚀，特别是在强氧化介质中，使材料的晶间腐蚀更敏感。同样的原因，也会使材料在含Cl-介质中的点腐蚀倾向加重。
铬－镍奥氏体不锈钢中的σ相在加热到高于其形成温度后，会重新溶解。一般认为，加热温度大于920℃,之后快速冷却，σ相就不会析出。在实际生产中，采用固溶化热处理即可达到目的。
三、奥氏体不锈钢中的δ铁素体
奥氏体不锈钢在某些情况下会产生δ铁素体，即高温铁素体。
1. 在铸造的铬－镍奥氏体不锈钢中，因铸态化学成分的不均匀性，在铁素体形成元素偏聚区，易生成δ铁素体，见图3-14。
2. 含有较多铁素体形成元素的奥氏体不锈钢，如含钼、硅、钛、铌的奥氏体不锈钢中，会存在一定的δ铁素体。
3. 某些奥氏体不锈钢的焊缝组织中，可能存在δ铁素体。见图3-15.
4. 奥氏体不锈钢中的δ铁素体的含量还与固溶化温度有关，见图3-16.
δ铁素体在奥氏体不锈钢中的存在，会产生不同的作用，有些是有利的，有些是有害的。
有利的作用如下：
1. 奥氏体不锈钢中存在有5%~20%的δ铁素体时，可以减少或防止产生晶间腐蚀。因为奥氏体不锈钢中含有铁素体后，就产生了一部分铁素体－奥氏体之间的界面，研究证明，这个界面（也是两相的相界面）比奥氏体－奥氏体界面的界面能低，使（FeCr)23C6优先在铁素体－奥氏体界面上析出，又因为铁素体中含铬量比奥氏体中含铬量高，且铬原子在铁素体中的移动速度较快，所以，自铁素体中移动过来的铬原子很快补充到（FeCr)23C6，附近的贫铬部位，使该处的铬得以较快恢复到不会产生腐蚀的浓度，从而不易产生晶间腐蚀。也有人认为，铁素体的存在增加了晶面和相界面的面积，这就降低了单位面积上的碳化物浓度，也是减少材料晶间腐蚀敏感性的原因。
2. 含有8铁素体的奥氏体不锈钢比纯奥氏体不锈钢的屈服强度要高。这是因为从屈服强度的位错理论分析，铁素体具有体心立方晶格结构，奥氏体具有面心立方晶格结构，而体心立方晶格比面心立方晶格的晶格（位错）阻力大，即屈服强度高，从而使含有一定量8铁素体的奥氏体不锈钢的屈服强度比具有单一奥氏体组织的奥氏体不锈钢的屈服强度也提高了。
3. 一定量δ铁素体的存在，在低应力条件下（低于材料屈服强度），可以降低奥氏体不锈钢对应力腐蚀的敏感性。这首先是因为铁素体晶格（位错）阻力大，晶粒滑移比奥氏体困难，同时，铁素体还可以对奥氏体起到阴极保护作用的结果。
4. 奥氏体不锈钢焊接时，当焊缝中有少量δ铁素体时，可使奥氏体晶粒长大受到阻碍，打乱柱状晶方向，细化晶粒，促进杂质均匀分布，从而减少焊接热裂纹形成的可能性。
当然，δ铁素体的存在，有时也会有不利作用。主要表现如下:
a. 铁素体与奥氏体电位不同，在某些条件下会增加腐蚀倾向。
b. 两种组织的变形能力不同，在压力加工时易形成裂纹。
c. 在高温下长期工作后，铁素体内会产生σ相，引起脆性及某些条件下的晶间腐蚀倾向增大。
从上面的分析可见，奥氏体不锈钢中存在一定量的δ铁素体，在不同情况下的作用是不同的，所以，可以根据具体情况的需要，通过成分和热处理的调整，控制奥氏体不锈钢中δ铁素体的含量。
四、充分发挥奥氏体不锈钢中稳定化元素的作用
钛或铌作为稳定化元素加入奥氏体不锈钢中，会提高其抗晶间腐蚀的能力，这是因为它们与碳的结合能力强于铬，使钢中的碳尽量形成TiC、NbC,减少铬与碳结合形成（FeCr)23C6并从晶界析出的机会，使铬能较好地存在于固溶体中，保持铬的有效浓度，不产生贫铬区。但是，虽然奥氏体不锈钢中含有了足够量的钛或铌，在进行固溶化处理时，在（FeCr)23C6溶解的同时，TiC,NbC也会溶解，奥氏体中饱和了大量的碳，在以后的450~800℃区间加热时，由于钛或铌的原子半径大于铬的原子半径，钛或铌比铬扩散困难，结果还会形成大量的铬的碳化物。可见，只进行固溶化热处理，钛或铌不能充分发挥作用。经研究发现，如果把含有稳定化元素的奥氏体不锈钢重新加热到（FeCr)23C6能溶解，而TiC或NbC不能溶解的温度，此时，从（FeCr)23C6分解出来的碳又会被钛或铌化合成TiC或NbC,从而最大限度地发挥了钛或铌的作用。使铬没有与碳结合的机会并保持在奥氏体中，这种热处理方法就是含稳定化元素奥氏体不锈钢的稳定化热处理（也叫稳定化退火）。
五、奥氏体不锈钢制件的应力及危害
当物体受到外力作用发生变形时，其内部就会出现一种抵抗变形的力；物体在加热膨胀和冷却收缩过程中受到阻碍时，在内部也会产生应力；材料在加热或冷却过程中，如果有组织转变时，也会产生相变应力。
因此，奥氏体不锈钢在制造成零部件的生产加工过程中，都不可避免地产生应力，并残留在零部件中。
铸造时，由于铸件形状、各部位尺寸不同，冷却速度和冷却顺序不同，会产生铸造应力；锻造、轧制时，会因为变形及变形量不同等原因产生锻造应力；在机械切削加工时，因切削力产生应力；在焊接时，工件不同部位的不同时加热、不同时冷却以及焊件各部位形状、尺寸不均匀而产生焊接应力；复杂件、大型件、截面不均匀件在热处理快速加热或冷却过程中产生热应力等，这些应力的存在，除会引起变形外，对奥氏体不锈钢的另一个不良作用是会在某些使用环境、条件下发生应力腐蚀。所以，对奥氏体不锈钢制造的零部件应注意消除残留应力。
具有残留应力的制件和金属，由于能量提高，原子处于热力学不稳定状态，当将其加热到一定温度，就会较快地恢复到平衡状态，使应力得以消除。
适当地热处理就是减小或消除奥氏体不锈钢残留应力的重要手段之一。通常叫消除应力热处理。
