这三个牌号的钢是常用于制造结构件的马氏体不锈钢。在淬火后经高温回火，可获得强度、塑、韧性的较好配合。除冶金产品的棒材、板材、丝材、带材外，还被用于生产铸件和锻件。
一、退火
1Cr13不锈钢、2Cr13不锈钢、3Cr13不锈钢可采用完全退火、等温退火或低温退火。
1. 完全退火
钢的完全退火的加热温度一般在Ac3以上50~100℃,实际生产中，通常选用850~880℃。在充分保温后，采用炉冷或最大不超过50℃/h的速度冷却至600℃左右出炉空冷。通过完全退火，可较好地完成组织转变过程，获得均匀的铁素体和碳化物的平衡态组织。
完全退火可改善钢材锻造、轧制、铸造等加工后可能存在的不良组织，并为以后淬火、回火热处理提供良好的组织保证；可以完全消除各种应力，降低硬度，便于加工。
锻轧态的1Cr13不锈钢、2Cr13不锈钢、3Cr13不锈钢经完全退火后，硬度分别不大于150HB,180HB和210HB.
一些对机械性能、耐腐蚀性能要求不高的零部件可以在完全退火状态下使用。
2. 等温退火
等温退火是把钢加热到奥氏体化温度（一般采用850~880℃),也可以将钢材锻造或铸造后冷却到这一温度区间，充分保温，再冷却到该钢奥氏体转变最快的温度范围（俗称转变曲线的鼻子部分，为700~740℃)充分保温，使奥氏体充分转变后空冷。
等温退火可以起到完全退火的作用，而且比完全退火缩短了占用加热炉的时间，提高了效率。
在工作实践中还发现，这类马氏体不锈钢的等温退火对改善不良的锻造组织，提高淬火、回火后的力学性能，特别是提高冲击韧性有着特殊的作用。
由某锻造厂提供的一批泵轴，具体成分为（质量％）：C,0.10; Si,0.34; Mn,0.36; S,0.01; P,0.028; Cr,11.67; Ni,0.56; Mo,0.30; Cu,0.01.成分符合该产品泵轴的材料标准。规定力学性能为：Rm≥690N/m㎡;R60.2≥550N/m㎡,A≥20%,Z≥60%;Akv≥65J.
我们进行几次热处理，Akv、平均只能达到46.4~60J,始终达不到65J的标准。经过对泵轴金相组织分析和对锻件的生产过程调查发现，锻造厂对轴料锻造过程中没有很好地控制停锻温度，停锻后采用空冷方式，后又采用960~980℃温度保温后空冷，再经700℃加热保温冷却的热处理工艺，厂方称之为锻后的正火、回火热处理。这种生产过程可能产生不良组织并影响以后淬火、回火的组织和性能。因为，根据组织遗传学理论，含较多有稳定奥氏体作用的合金元素的钢，由于合金元素对奥氏体的稳定作用，锻造之后的冷却过程中不能获得铁素体和碳化物的平衡组织，而会转变为针状特征鲜明的贝氏体组织或贝氏体与马氏体的寓合组织，称非平衡组织。在贝氏体转变中，α相会与母相保持第二类共格关系，即在新旧两相之间存在着明显的晶体学位向关系。因此，泵轴在锻造过程中可能形成的粗大、不均匀的奥氏体晶粒的外形和取向便通过粗大的和互成一定角度排列的贝氏体的非平衡组织被保留下来。
研究表明，钢的非平衡组织再次加热，发生奥氏体转变时，新相可能生成球形奥氏体，也可能生成针形奥氏体，或者同时生成两种奥氏体。如果转变产物以针形奥氏体为主，则在加热转变完成后，锻后得到的粗大的奥氏体晶粒组织会得到恢复并造成组织遗传。可想而知，这种具有粗大的或不均匀的奥氏体，在淬火冷却时必然得到粗大的或不均匀的马氏体组织，经回火后，获得不均匀索氏体组织，这必将引起力学性能，特别是冲击韧性的降低。
基于这种分析，我们将这批泵轴重新进行了等温退火处理，获得了铁素体和碳化物的平衡组织。
经等温退火的泵轴再用原淬火、回火工艺处理后（（970±10)℃加热保温后油冷，（685±10)℃加热保温后油冷），力学性能完全达到技术要求，实检性能：Rm为790N/m㎡;R0.2为660N/m㎡;A为22%;Z为66%;Av,三个试样分别为79.0J、74J和74J,平均为75.7J.未经等温退火的淬火、回火组织和经等温退火后的淬火、回火组织分别是图4-11和图4-12。
3. 低温退火
马氏体不锈钢低温退火，有的称高温回火（严格从定义上来讲和作用目的方面看，称高温回火是不准确的），是把钢加热到Ac1温度以上（有时略低于Ac1温度）至A3温度以下，保温后炉冷或空冷。这种退火可以使钢软化，便于加工和消除应力。对于改善组织的作用远不如完全退火和等温退火。
低温退火一般用于较小的铸件、锻件或以后还经淬火、回火热处理的零部件。较大的铸件、锻件及应力很大的零部件毛坯，还是采用完全退火或等温退火为好。
1Cr13不锈钢、2Cr13不锈钢、3Cr13不锈钢低温退火温度为740~780℃,如果以消除应力为主要目的，可以降低加热温度至700℃左右。保温后一般炉冷至500℃以下出炉空冷。
低温退火后的硬度一般高于完全退火后的硬度30~40HB,依含碳量不同，可保持在180~230HB.当然，低温退火选择的温度越高，硬度越低。图4-13和图4-14分别显示了1Cr13不锈钢低温退火和完全退火加热温度、保温时间与硬度的关系及低温退火与完全退火后的硬度差异。
1Cr13、2Cr13 钢和3Cr13钢完全退火后应保证的机械性能见表4-4,实测性能见表4-5。
Cr13型不锈钢经退火处理，对耐腐蚀性能会产生不利影响。这是因为退火组织为铁素体和以（FeCr)23C6。为代表的合金碳化物。这种高铬的合金碳化物的存在会降低基体中的含铬量至低于保证耐腐蚀的11.7%的界限。另一方面，在高铬碳化物的周围会产生贫铬区，这都使Cr13型不锈钢的耐腐蚀性能降低。所以，退火状态的Cr13型不锈钢的耐腐蚀性不如淬火状态。
二、淬火
1Cr13、2Cr13、3Cr13钢淬火的主要目的是要获得马氏体组织。即将其加热到A3以上的一个温度范围，使合金碳化物充分溶解，得到碳与铬较均匀的奥氏体，然后，以适当的速度冷却下来，最终获得马氏体组织。
1. 淬火加热
Cr13型马氏体不锈钢因含有较高的铬含量，提高了相变点Ac3,又因大量的合金碳化物的存在，使组织中的碳和铬元素分布不均，其在加热过程中扩散速度缓慢，所以，为使碳化物充分溶解，得到成分比较均匀的奥氏体及冷却之后得到有足够碳、铬饱和度的均匀的马氏体组织，这类钢的淬火加热温度高于碳钢和合金结构钢，即提高淬火加热温度并适当延长保温时间。
该类钢导热性差，特别是在较低温度时，导热性更差，为防止加热过程中产生裂纹，保证零件的内外温差较小，在淬火加热时应控制加热速度，或先行预热。根据经验，在750℃以前，升温速度应不大于80℃/h。
1Cr13不锈钢、2Cr13不锈钢、3Cr13不锈钢，因它们的含碳量不同，原始组织存在差异，所以，各自的淬火加热温度略有不同。
1Cr13不锈钢由于含碳量较低，加热到淬火温度时，仍处于奥氏体和铁素体两相区的边缘部分，组织中会含有一定量的铁素体，见图4-15。
淬火冷却后，这部分未溶铁素体保留在淬火钢组织中。铁素体量的多少，首先与含碳量有关，见图4-16.此外，铬的含量及钼、硅的残存量均产生影响。淬火钢中铁素体的存在，对硬度、机械性能，尤其是冲击韧性会产生不良影响，所以，在对有较高机械性能要求的零件选用1Cr13钢时，应特殊提出成分控制条件。生产实践中发现，尽管1Cr13钢成分都在标准的合格范围内，但当实际含碳量低于0.11%,铬量处于上限时（＞13%)组织中的铁素体含量可达到15%~20%,而实际含碳量控制在0.12%~0.15%,含铬量在下限时（＜12%),则组织中的铁素体量可小于5%。
淬火加热温度对组织中的铁素体含量也产生影响。从图4-16可见，在成分一定时，加热温度在950~1100℃区间内，铁素体量保持在较低范围。随着加热温度升高，铁素体量明显增加。所以，在材料标准中推荐的1Cr13 钢淬火加热温度为950~1000℃,但在实际生产中，为保证碳及合金元素的充分溶解，常取淬火加热温度在1000~1050℃.更高的加热温度会引起组织中的铁素体量增加及晶粒长大。
2Cr13、3Cr13不锈钢相对于1Cr13不锈钢来说，有更高的含碳量，一般情况下，淬火后组织中不会存在铁素体，淬火加热温度的确定主要是保证钢中的碳化物能充分溶解于奥氏体中，以保证淬火、回火后获得理想的机械性能和耐腐蚀性。实践证明，2Cr13、3Cr13钢淬火加热温度选择在980~1000℃且充分保温即可，实际生产中的加热温度略提高一些，2Cr13淬火加热温度通常取1000~1030℃,而3Cr13钢中碳化物偏多，实际生产中淬火加热温度取1020~1050℃即可。
更高的淬火加热温度不宜采用，因为更高的温度会引起奥氏体晶粒粗大，带来不良作用，见图4-17。
淬火加热温度更高还会引起淬火硬度下降，见图4-18,这主要是由于合金元素和碳的过分溶解，增加了奥氏体的稳定性，淬火后会存在较多的残留奥氏体的原因。
2. 淬火冷却
1Cr13、2Cr13、3Cr13钢，由于较高含铬量的作用，使高温奥氏体较稳定，等温转变曲线右移。见图4-19和图4-20及图4-9.在冷却过程中不易发生珠光体和贝氏体转变，降低了临界冷却速度，见图4-21.在较低的冷却速度条件下，即可进行马氏体转变，获得马氏体组织，采用空冷或油冷均可得到较高的淬火硬度。
但油冷却比空气冷却的钢在调质硬度和强度相同的情况下，有更好的塑性和韧性。所以，在实际生产中，对于截面尺寸较大的零件或对机械性能，尤其是塑性和韧性要求较高的零件，最好采用油冷，对于较小零件和形状复杂，易产生淬火裂纹的零件可采用空冷。
1Cr13、2Cr13、3Cr13不锈钢的临界点（近似值）见表4-6。
三、回火
1Cr13、2Cr13、3Cr13不锈钢淬火冷却后，获得以马氏体为基体的组织，因其固溶了碳，使晶格扭曲，存在较大的应力，组织不够稳定，不能直接应用，淬火后必须经回火再使用。
这三种牌号的马氏体不锈钢普遍应用于制造机械构件，要求具有良好的综合机械性能和一定的耐腐蚀性能，一般淬火后再经高温回火，即调质热处理状态下使用。回火温度可根据强韧性的要求选定在550~750℃之间，回火后的基体组织为索氏体，有的可能是保留淬火马氏体位向的板条状或粒状索氏体。1Cr13钢回火组织中还可能存在有淬火加热时未溶的铁素体。见图4-22。
对于3Cr13不锈钢，已属于共析钢，淬火后可获得很高的硬度，也常用于制造有高硬度，高耐磨性能要求的零部件，如轴套、挡套、密封环等。这时可采用较低温度的回火或者表面淬火后低温回火，依据对使用硬度的要求，回火温度确定在200~350℃之间，可获得40~55HRC的硬度。而400~550℃之间的回火，由于组织中会析出弥散度很高的合金碳化物，耐腐蚀性降低，并产生较大的脆性，所以一般不推荐采用，只有用其制作弹性元件时，才采用这一区间的温度回火，如3Cr13不锈钢用于制造弹簧时，淬火油冷后在450℃左右回火，可保持硬度在45~50HRC。
1Cr13、2Cr13、3Cr13钢回火温度与硬度之间的关系曲线见图4-23~图4-25。
1Cr13、2Cr13、3Cr13钢按硬度要求选定的回火温度范围见表4-7。
这三种钢的回火冷却一般采用空冷，如果对韧性有更高的要求时，也可采用油冷却，特别是2Cr13钢油冷比空冷的韧性有较大幅度的提高。
四、热处理时需要注意的一些问题
1. 1Cr13(ZG1Cr13)钢成分中碳含量的控制问题
在一些不锈钢的相关标准中，对1Cr13(ZG1Cr13)钢的含碳量标注为不大于0.15%,这种对碳量无下限的控制为实际生产带来了麻烦，主要反映在热处理和热处理质量上。众所周知，碳与硫、磷等有害元素不同，硫、磷控制得越低越好，而碳在马氏体不锈钢中的双重作用决定了其含量应有上限和下限控制，否则将满足不了使用要求。当1Cr13(ZG1Cr13)中的含碳量低于0.09%,而铬又是标准中的中、上限时，组织中会存在较多量的铁素体，这不仅保证不了热处理后的机械性能，韧性很差，还会对复杂零件的铸造生产产生不利作用。在工厂铸造生产的ZG1Cr13叶轮中，就多次出现过因碳含量低而造成的质量问题。比如，有一批ZG1Cr13泵叶轮经调质热处理后，机械性能达不到指标，特别是冲击韧性很低，而且在叶轮开口部位叶片与盖板相连接处根部产生裂纹，经过金相分析，组织中含有近20%左右的块状铁素体，裂纹恰恰起源于铁素体块处，这是因为铁素体强度低于基体组织，在铸造和热处理应力的作用下，成为薄弱点而产生裂纹。后经对这批铸件成分复查，其含碳量只达0.07%,铬为13.58%,硅为0.8%,正是由于碳含量过低而铬、硅偏上限，致使钢组织中产生了大量的铁素体，并导致性能降低和产生铸造裂纹。热处理裂纹。后将铸造叶轮ZG1Cr13的含碳量控制为不低于0.10%,最佳控制范围为0.12%~0.14%,再没发生过同类质量问题。
2. 回火脆性问题
关于Cr13型马氏体不锈钢的回火脆性问题还缺乏系统的研究，一般认为其存在回火脆性，特别是2Cr13钢回火脆性更敏感一些。这几种钢应用于制造机械构件时，常在调质状态下使用，对第二类回火脆性尤应注意，当要求有高韧性时，回火时应采用油冷。表4-8显示了不同回火冷却方法对2Cr13钢冲击韧性的影响。
3. 3Cr13 钢淬火裂纹问题
在马氏体不锈钢中，3Cr13钢的含碳量较高，淬火冷却，特别是油冷时会产生较大的淬火应力，其马氏体转变温度又低，易产生淬火裂纹。所以，3Cr13钢淬火时，应注意防止裂纹的发生。可采取以下一些措施。
①. 尽量在粗加工后淬火
因为锻造或轧制坯件的表面可能存在细纹、划痕等、将成为淬火应力集中点和淬火裂纹的诱因。如粗加工确实有困难，可用砂轮等工具磨掉表面缺陷。
②. 控制淬火加热速度
这类钢一般都是塑性差、导热性不好。淬火加热速度过快，表面与心部温差增大，在表面层已发生奥氏体转变时，内层还处于较低温度的低塑性状态，这样，表面层因奥氏转变体积变小收缩，受到内层制约，产生拉应力，当拉应力超过材料破断强度时，即产生裂纹。因此，可采用预热（500~700℃)或在低温段控制升温速度不大于80℃/h,800℃后再提高升温速度等方法。
③. 控制淬火油冷却时的工件出油温度。
这类材料因合金元素高，马氏体转变温度又低，如果淬火冷却时间长，会增加淬火应力而产生淬火裂纹，特别是截面较大的零件，有时心部原始组织的缺陷比表面严重，加大了淬火产生裂纹的可能性。可适当减缓工件的冷却速度。如控制工件出油时的表面温度，一般控制在马氏体开始转变温度以下150~200℃,或表面温度不高于50~80℃.对于大型工件，心部温度较高，热量还会向表面传递，可采用油－空气－油－空气交替冷却的方式，以减缓淬火应力。
在高碳马氏体钢油淬火冷却时，还应注意的一个问题是适当控制油的搅动速度。在保证油温不大于80℃和不发生火灾的条件下，不必盲目追求和加大油的冷却效果，试验研究表明机械油在特别剧烈搅动时的淬火冷却能力会接近水的淬火冷却能力，这对马氏体不锈钢来说是很危险的。这种情况也是有过教训的。
④. 淬火后及时回火
马氏体不锈钢在淬火冷却结束后，心部还会继续发生马氏体转变，不断增加淬火应力，工件在放置过程中，淬火应力也会改变其分布方式，形成新的应力集中点，这都可能使淬火工件在放置过程中发生开裂，所以，这类钢淬火后应及时回火。工件冷却到室温或用手可长期触及的温度时即可回火。淬火后最多不要超过8小时应进行回火，尤其在北方冬季更应注意这一问题。曾经发生过这类事故，在对一批马氏体不锈钢泵轴淬火后，因设备不足，未能及时回火，又恰逢冬天，气温较低，淬火后放置15小时,结果这批轴全部开裂报废。
