碳在Fe-Cr-Ni系奧氏體不銹鋼基體y相中的溶解度是比較大的，常用奧氏體中的碳含量最高可達(dá)0.15％。圖9.48為18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼的Fe-C垂直截面圖，圖中顯示出奧氏體中碳的固溶度曲線。在高溫下（1000℃以上），碳全部固溶于奧氏體中，在迅速冷卻至室溫時(shí)，碳會(huì)以過飽和的形式固溶于奧氏體中。若再加熱至溶解度曲線以下適當(dāng)溫度（時(shí)效），過飽和的碳將以碳化物形式沉淀出來，并對(duì)鋼的性能產(chǎn)生重大影響。
在奧氏體不銹鋼中最常見的碳化物是M23C6型，其次有MC、M6C型，M7C3型及其他型較為少見。
M23C6型碳化物在不含鈦、鈮等強(qiáng)碳化物形成元素的奧氏體不銹鋼中是最主要的碳化物，常記做Cr23C6。由于鐵、鉬等元素常部分置換其中的鉻，也可記做（Cr，F(xiàn)e）23C6或（Cr，F(xiàn)e，Mo）23C6。隨時(shí)效溫度的提高或時(shí)間的延長(zhǎng)，M23C6型碳化物中的鉻含量逐漸增加。
M23C6型碳化物的沉淀溫度范圍為400～950℃，其沉淀動(dòng)力學(xué)取決于鋼的化學(xué)成分和先后的加工經(jīng)歷。鋼的組織中出現(xiàn)M23C。型碳化物沉淀是有一定順序的，以06Cr19Ni10鋼為例（圖9.49），隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，最先出現(xiàn)M23C6型碳化物的部位是a/y相界，依次是晶界、非共格孿晶界及非金屬夾雜物邊界、共格孿晶界，最后是晶內(nèi)。M23C6型碳化物的沉淀時(shí)間受奧氏體化溫度和時(shí)效前冷變形的影響，提高奧氏體化溫度，增大了晶格中空穴密度，使晶粒長(zhǎng)大并加劇溶質(zhì)偏析，從而促進(jìn)M23C6型碳化物的沉淀。時(shí)效前的冷變形對(duì)M23C6型碳化物的沉淀也有加速作用。
鋼的成分對(duì)M23C。型碳化物沉淀有明顯的影響，影響最大的是碳。碳含量降低將推遲M23C6的沉淀，并使碳化物沉淀的溫度區(qū)間向低溫方向移動(dòng)，圖9.50為碳含量對(duì)Cr18Ni9鋼M23C6型碳化物沉淀的影響。
圖9.51為304（06Cr19Ni10）不銹鋼750℃敏化144h后光學(xué)顯微鏡下M23C6型碳化物的析出形貌。圖9.52為304不銹鋼中M23C6型碳化物析出的SEM形貌。
由于鈦和鈮的加入，形成TiC和NbC，降低了奧氏體中碳含量，實(shí)際上起到降低鋼中碳含量的作用，抑制了M23C6型碳化物的沉淀。奧氏體穩(wěn)定化元素鎳、錳、鈷含量的提高會(huì)增加碳的活度和擴(kuò)散能力，因而加速M23C6型碳化物的沉淀。鉻的作用則相反。氮的加入抑制M23C6型碳化物的沉淀，在含鉬的鋼中氮含量的增加明顯使M23C6型碳化物的沉淀向更長(zhǎng)時(shí)間方向移動(dòng)，少量硼的加入也延緩M23C6型碳化物的沉淀，磷則加速M(fèi)23C6型碳化物的沉淀。
MC型碳化物主要出現(xiàn)在用鈦或鈮穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼中，如06Cr18Ni11Ti、06Cr18Ni11Nb和一些合金化程度更高的其他含鈦或鈮的奧氏體鋼中，MC型碳化物為TiC或NbC。奧氏體不銹鋼中不可避免地都含有一定數(shù)量的氮，氮和鈦、鈮的親和力也非常強(qiáng)，因此在含鈦和鈮的鋼中還會(huì)形成TiN或NbN。MC和MN的點(diǎn)陣類型相同，點(diǎn)陣常數(shù)相近，其中的碳、氮原子可以互相取代。實(shí)際上在鋼中存在的是M（C，N）或M（N，C），其中以M（C，N）最為常見。
圖9.53示出了18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼中TiC的溶解度曲線，圖中同時(shí)列人了M23C6的溶解度曲線?？梢钥闯?，TiC的溶解度比M23C6的溶解度小得多。在鋼經(jīng)過奧氏體化后的冷卻過程中，TiC會(huì)首先沉淀出來，隨之奧氏體基體中的碳含量大大降低，因而減少并推遲了M23C6的沉淀，從而提高了鋼的抗敏化能力。為了充分發(fā)揮MC型碳化物固定碳的穩(wěn)定化作用，對(duì)于穩(wěn)定化鋼種須進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
穩(wěn)定化處理的溫度和時(shí)間應(yīng)合理地選擇才能得到最佳的穩(wěn)定效果。確定穩(wěn)定化處理的一般原則是：高于Cr23C的溶解溫度而低于TiC的溶解溫度（圖9.53），如零件在T1溫度使用，則穩(wěn)定化的溫度應(yīng)不高于T2；若在T2溫度處理，然后在T1溫度下使用，則會(huì)有（X1-X）％的碳仍會(huì)在工作溫度下于晶界析出M23C6；當(dāng)工作介質(zhì)為強(qiáng)腐蝕性時(shí)，仍會(huì)引起微弱的晶間腐蝕。具體的穩(wěn)定化處理工藝，通常采用850～900℃保溫2～4h，生成的TiC或NbC，呈顆粒狀在晶內(nèi)均勻分布，不像M23C6主要集中在晶界。
M6C型碳化物出現(xiàn)在含鉬或鈮以及鉬十鈮的奧氏體不銹鋼中，而且是在其主要沉淀相處生成，其出現(xiàn)和消失常與主要沉淀相有關(guān)。
316（06Cr17Ni12Mo2）鋼在650℃長(zhǎng)期時(shí)效（1500h），M23C6型碳化物可以轉(zhuǎn)變?yōu)镸6C型碳化物：
在含有大量Mo或Nb或Mo＋Nb時(shí)，可在較高溫度下短時(shí)間形成M6C型碳化物。
18Cr-9Ni-0.09C-1Nb鋼在550～950℃時(shí)效，長(zhǎng)達(dá)500h，未發(fā)現(xiàn)有M6C型碳化物，主要碳化物為NbC，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些M23C6相。當(dāng)鈮含量增至2％時(shí)，則在所有的沉淀過程中，均生成M6C型碳化物，而不出現(xiàn)M23C6型碳化物，還出現(xiàn)了拉弗斯相（n），M6C型碳化物的具體表達(dá)式為Fe3Nb3C。低溫沉淀的M6C型碳化物中有鉻的溶入，其具體表達(dá)式為（Fe，Cr）3Nb3C。
研究了20Cr-33Ni-2.3Mo-3.25Cu-0.04C-0.8Nb合金的沉淀過程，發(fā)現(xiàn)在950℃附近，M6C相迅速沉淀，在低于此溫度時(shí)，則不會(huì)沉淀。在鎳含量為28％時(shí)，M6C型碳化物的沉淀量要少得多。M6C型碳化物在1050℃以上又重新溶入，其具體表達(dá)式為（Mo，Nb）3（Fe，Ni，Cr）3C 。
圖9.54為Fe-18Cr-Ni-N系在900℃的相平衡圖。該圖適用于含鈦、鈮、釩及鋁等強(qiáng)氮化物形成元素甚少的不銹鋼，在不以上述諸元素為合金元素的大部分奧氏體不銹鋼中的氮含量均小于0.20％，氮可以全部溶于奧氏體中，在18Cr-10Ni鋼中，氮含量超過0.25％時(shí)才出現(xiàn)Cr2N。由圖9.54可見，鎳減少氮的溶解度，錳和鉻則增加氮的溶解度。如果鋼中含有鈦、鈮、釩及鋁等元素時(shí)，則可能生成MN型氮化物。在M23C6、MC、M6C等碳化物中的部分碳原子也會(huì)被氮原子取代。
