不锈钢在热处理加热过程中，表面可能会受到炉气的影响而发生成分的改变，如果这种成分的改变状况保留到零件工作状态，将对零件的性能，尤其是耐腐蚀性能产生不良的作用。因此，在不锈钢零件的热处理过程中，应注意防止不锈钢零件表面的这种变化。
一、炉气对工件表面的影响
对十分重要的不锈钢零件进行热处理，都要求加热炉气氛要纯净，目的就是防止加热炉气氛对工件表面产生不良影响。在重要产品中，尤其对奥氏体不锈钢和奥氏体－铁素体双相不锈钢有更严格的要求，如限定采用低硫燃油，在中性或弱氧化性气氛中加热，禁止使用燃煤炉或高碳火焰炉加热，禁止与包括挂具、炉盘在内的碳钢或马氏体不锈钢接触等。
这些要求的目的就是防止不锈钢，特别是奥氏体不锈钢、奥氏体－铁素体双相不锈钢表面成分的改变。
当钢在空气中，或采用煤、燃料油、燃料气体为加热源时，炉气中常含有O2、CO、CO2、H2、N2、SO2、H2S、水蒸气等有气体，这些气体在高温下与工件表面接触、反应，将对工件表面产生有害的作用。
1. 脱碳
脱碳是指炉气中的O2、CO2、H2等与钢中的碳发生反应
2Fe(C)+O2-2Fe+2CO↑
Fe(C)+CO2=Fe+2CO↑
Fe(C) +2H2=Fe+CH4↑
反应的结果使钢表面中的碳缺失，钢中碳的缺失、降低，对马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢的淬火硬化效果有明显的影响，使工件表面硬度不足，强度、耐磨性、力学性能降低，严重影响其功能和寿命。
2. 氧化
氧化是指炉气中的O2、CO2、H2O与钢中的铁发生反应。
2Fe+O2=2FeO
Fe+CO2=FeO+CO↑
Fe+H2O=FeO+H2↑
反应的结果使钢表面形成氧化铁，不仅使工件表面尺寸产生变化，对淬火钢硬化效果产生不利的影响，还会使不锈钢中的铬、镍、钼缺失（因为在不锈钢的氧化物中还含有铬、镍、钼等合金元素），对不锈钢的耐腐蚀性能产生不利的影响。
3. 增碳
增碳是指炉气中的碳与不锈钢表面发生反应，使钢表面的碳分增高并形成碳化物的现象，在不锈钢中的碳化物当然还含有合金元素，结果会使马氏体类不锈钢表面产生脆层和淬火裂纹，降低了其耐腐蚀性能，特别是对奥氏体不锈钢和奥氏体－铁素体不锈钢的耐腐蚀性、抗晶间腐蚀性、耐点腐蚀性、幅照脆化等会产生极大的有害作用。
4. 硫化
这里的硫化是指炉气中的硫对不锈钢表面的腐蚀，有研究表明，在含铬小于20%的不锈钢中主要形成含铁的硫化物，在含铬大于20%的不锈钢中主要形成含铬、铁的硫化物，使不锈钢表面的合金元素降低，增加了不锈钢表面的脆性，使其耐腐蚀性能降低。
5. 氮化
炉气中如果含有NH3成分，在高温下其会分解，产生原子状态的氨，氨在钢表面形成氮化物，也会使钢表面形成脆层，对钢的表面性能产生不利的影响。
6. 其他作用
如果炉气中含有氯化物等卤族元素，在高温条件下会在钢的表面生成含有合金元素的氯化物，对不锈钢的耐腐蚀性产生不利的影响。
总之炉气中存在的许多元素都可能对不锈钢的表面产生不利的影响，这是不锈钢加热时应给予注意的问题。
为防止或减少不锈钢热处理加热过程中炉气对表面产生的有害作用，对不锈钢成品件和高纯不锈钢件可采用涂料保护处理，但在高温加热的条件下，会存在涂料防护效果不明显、不易清理，甚至也对表面产生轻微腐蚀等不利影响。所以，比较有效的方法是采用真空热处理或保护气氛热处理。
二、不锈钢的真空热处理
真空热处理是指将工件放在低于1个大气压的密闭容器（设备）中加热和冷却的热处理。对于不锈钢淬火或固溶化加热（大于1000℃),可控制真空度在5~10Pa,回火或消除应力处理加热（小于700℃),可控制真空度在0.1~0.2Pa.在这种真空度条件下加热，可有效地保护不锈钢表面不产生前面述及的各类有害效果。
1. 真空加热特点
a. 加热速度慢
在真空条件下加热时，工件的加热过程只有热辐射和工件本身的热传导，不存在在空气介质中加热的对输和介质传导作用，所以，在真空条件下的加热速度要慢得多，件实际温度也要比炉温仪表指示的温度滞后得多。有试验研究询，440mm的工件880℃加热到1020℃时，工件到温时间要比炉温仪表指示到温时间滞后15min.所以，真空加热时的工件保温时间要比在空气中的加热保温时间长，在实际操作中，保温时间可延长1倍，或采取几个台阶的加热方式。
b. 可洁净工件表面
真空热处理可使工件表面得到净化，获得光亮的表面，这种效果是因为在真空条件下，原先附着在工件表面上的油污、加工润滑剂等可污染表面的脂肪类物质可分解成氢、水蒸气和二氧化碳气体，这些气体可迅速被真空泵排出，不会对工件表面形成污染。
c. 降低工件中的气体含量
气体在金属中的溶解度是随温度变化的，一般情况是在高温时溶解度大，低温时溶解度小，在有相变点的金属中，在相变点附近的温度区间气体溶解度变化更大。因此，金属从液态冷却成固态时，因冷却速度快，有一部分气体来不及逸出而保留在钢中。一般钢中均含有氧、氢、氮等气体，这些气体的存在给钢的性能带来危害。在真空热处理条件下，钢中气体将向表面扩散并从钢表面逸出，随之被真空泵抽出炉外。钢中有害气体减少的结果是提高了钢的性能质量。
d. 氧化物的分解
钢中的氧化物在大多数情况下对钢的质量和性能是有害的。钢中氧化物在一定条件下是可以分解的。在真空条件下，真空度低于氧化物的分解压力时，氧化物将会发生分解反应
2MO=2M+2O↑
2O→O2↑
氧化物分解后形成的氧会逸出钢基体，被真空泵排出炉外。可见，钢中的氧化物分解和氧的逸出，改善了钢的表面质量。
e. 合金元素的蒸发
钢中的各种合金元素在一定的温度下有各自的蒸气压，一种合金元素在不同温度下也有不同的蒸气压。当周围的气压低于合金元素的蒸气压力时，合金元素将会燕发。所以，在真空热处理条件下，钢中的合金元素会有不同程度的蒸发，结果是钢中合金元素的含量会降低。钢中合金元素的减少不仅使其物理化学性质发生变化，还会影响钢热处理的效果和性能，特别是不锈钢中铬、镍、钼等元素的流失会降低钢的耐腐曲性能。可见，真空热处理的这一特点是有害的。所以，为防止易在真空热处理时合金元素的流失，在真空加热温度高于800℃时，常向炉内通以惰性气体，调整炉内压力，使其接近或高于合金元素的分解压力。
2. 不锈钢真空热处理生产操作
不锈钢真空热处理可依据钢种的不同，用于退火、固溶化、淬火、回火、去应力等处理。
a. 设备的选择
真空热处理炉有不同的型式（立式、卧式、组合式等），不同的加热热源（电阻加热、感应加热、电子束加热、等离子加热等），不同的加热方式（外加热、内加热等）。按使用温度可分为低温炉（≤700℃)、中温炉（＞700~1000℃)、高温炉（＞1000℃),按极限真空度可分为低真空（1.33×103~13.3Pa)、中真空（13.3~1.33×10-2Pa)、高真空（1.33×10-2~1.33×10-4Pa)、超高真空（1.33×10-4Pa以上）。
对于不锈钢热处理来说，主要考虑设备操作方便，系统安全可靠，极限真空度达到13.3~1.33×10-2Pa即可满足使用要求。更高的极限真空度要求会增大设备成本。压升率不大于0.6Pa/h,温度均匀性要高，温差一般不大于±5℃,具有可满足冷却需要的气冷或油冷装置。
b. 不锈钢真空热处理操作要点
①. 装炉
工件装炉时要均匀分布，保留间隙，这是考虑以辐男加热为主的加热特点，以保证工件加热均匀。
②. 预热
不锈钢加热温度较高，当工艺温度在1000~0t时，用800℃温度保温预热，工艺温度大于1100℃时，可第月80℃温度保温预热，然后再升至工艺要求的加热温度。
③. 加热温度
不锈钢热处理的加热温度与在空气炉中的加热温度相同，最好取下限温度。
④. 保温时间
不锈钢真空热处理时，在高温区的保温时间要比在空气炉中加热适当延长，延长时间为1倍左右，在回火的低温区，比空气炉中的回火保温时间略长即可。
⑤. 工作时真空度的调整
考虑钢在真空加热时合金元素蒸发的特点，在高温时，可用充加惰性气体的方法，如氮气等，升高炉内压力，炉温在900℃以下时可控制炉内压力在1.33×10-1Pa,在900~1100℃时可控制为13.3~1.33Pa,在＞1100℃时可控制为13.3~665Pa.
⑥. 冷却
应根据热处理的工艺要求，采用炉冷、气冷或油冷。
三、不锈钢保护气氛热处理
保护气氛热处理是把工件放在密封的炉膛内加热，炉内用不含氧和水分的惰性气体及其他特制的气体充入以换出空气，使加热过程中的钢件不会氧化和脱碳。
相对于真空热处理，可控气氛热处理设备成本低，只要求设备有良好的密封性，能保证炉内气氛的成分和压力，并保证炉内气氛能均匀流动。还应配备有测温和炉内气氛控制及测试装置。不锈钢热处理的保护气可用氮气、氩气或制备的可控气氛。
①. 氮气
纯度99%以上的氮气可不用提纯，直接使用，氮气压力保持0.3~0.5大气压。氮气保护不锈钢热处理效果较好，质量稳定。
②. 惰性气体
氦气、氩气也可用于不锈钢加热保护气。还可用于工件的冷却。
③. 可控气氛
可控气氛的制备可用气体燃料或液体燃料。依据制备方法和特性的不同，又可分为吸热式气氛和放热式气氛。吸热式气氛是用气体燃料与空气混合，在有催化剂作用的条件下，借助外部加热条件反应后生成的。用于不锈钢保护气氛，应采用经过净化处理工艺的净化气，以保证钢中的諮不被氧化和保持表面更洁净。放热式气氛是用可燃气体或液体与空气按一定比例混合后经部分燃烧方式制成的。依据气氛中氮气的含量和其他气体，如一氧化碳、氢气含量的不同，又分浓型、淡型、净化型。其中，淡型放热式气氛和净化型放热式气氛适用不锈钢热处理保护。
④. 氨分解气氛
液态氨气化后，在一定温度下可发生分解反应，分解氨的成分是75%左右的氢气和25%左右的氮气，在加热时与钢处于惰性状态，对钢表面产生保护作用，适于不锈钢加热用。
适用于不锈钢加热保护的气氛及主要成分见表7-18.
