依據化學成分、熱處理目的的不同，奧氏體不銹鋼常采用的熱處理方式有固溶化處理、穩定化退火處理、消除應力處理以及敏化處理等。
一、固溶化處理
奧氏體不銹鋼固溶化處理就是將鋼加熱到過剩相充分溶解到固溶體中的某一溫度，保持一定時間之后快速冷卻的工藝方法。奧氏體不銹鋼固溶化熱處理的目的是要把在以前各加工工序中產生或析出的合金碳化物，如（FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奧氏體中，獲取單一的奧氏體組織（有的可能存在少量的δ鐵素體），以保證材料有良好的機械性能和耐腐蝕性能，充分地消除應力和冷作硬化現象。
固溶化處理適合任何成分和牌號的奧氏體不銹鋼。
1. 固溶化處理加熱溫度的選擇
奧氏體系列的不銹鋼雖然化學成分、種類不同，但固溶化處理加熱溫度的差別不大。常見牌號奧氏體不銹鋼固溶化加熱推薦溫度范圍見表3-2.
奧氏體不銹鋼中的含鉻碳化物和σ相的分解、固溶是隨加熱溫度的升高而增加的。在實際加熱條件下，850℃左右碳化物即開始分解、固溶，但在這個溫度需要長時間保溫。提高加熱溫度，可減少保溫時間，即可使碳化物充分分解和固溶。有資料報道，0Cr18Ni9鋼的碳化物溶入奧氏體中，在1000℃需要10min,在1065℃需要3min,在1176℃只需要1.5min.當然，加熱溫度太高會帶來其他的不利作用。所以，0Cr18Ni9、1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼生產中，固溶化加熱溫度采用1050℃左右是適宜的；含鉬的奧氏體不銹鋼，因鉬會降低固溶擴散速度，其固溶化加熱溫度可提高一些，如采用1080℃左右；含穩定化元素的奧氏體不銹鋼，如果采用較高的加熱溫度，會使鈦或鈮的碳化物過度溶解而不利于發揮穩定化元素的作用，所以，含穩定化元素的奧氏體不銹鋼固溶化加熱溫度可低一些，如1000℃左右即可；奧氏體不銹鋼的化學成分中，當形成鐵素體元素（以鉻當量計）和形成奧氏體元素（以鎳當量計）的比例在Schaeffler圖（圖1-1)上位置接近出現鐵素體的區界時，此鋼的固溶化處理加熱溫度宜取較低溫度；鑄造奧氏體不銹鋼，因其組織成分不均勻性強，為保證固溶化處理效果，固溶化加熱溫度比同牌號的鍛材、軋材要偏高。
2. 加熱保溫時間
奧氏體不銹鋼含有大量的合金元素，鉻的碳化物溶解固溶速度較慢，鋼的導熱率低，所以，奧氏體不銹鋼固溶化處理的加熱保溫時間比一般合金鋼要加長20%~30%.以保證內部均溫和鉻及碳化物的充分固溶。
3. 固溶化處理的冷卻
經固溶加熱、保溫的奧氏體不銹鋼在冷卻時，如果冷卻速度不足，則已固溶于奧氏體中的合金碳化物或σ相還可能析出，所以，固溶化處理的冷卻速度很重要。
從理論上講，固溶化冷卻速度越快越好，但在具體生產中會存在零件變形和殘留應力的問題。在我國和其他一些國家的標準中，將奧氏體不銹鋼的冷卻方式標注為“快冷”，在許多情況下，對“快冷”的理解可能不同，“快”的程度不好界定。
綜合不同文獻資料介紹的情況，奧氏體不銹鋼固溶化冷卻方式可按以下原則掌握。
含鉻量大于22%,且含鎳較高的奧氏體不銹鋼；含碳量大于0.08%的奧氏體不銹鋼；含碳量小于或等于0.08%,但有效尺寸大于3mm的奧氏體不銹鋼，應選水冷。
含碳量小于或等于0.08%,但有效尺寸小于3mm的奧氏體不銹鋼，可用風冷。
有效尺寸為0.5mm以下的薄板件可空冷。
截面尺寸大的奧氏體不銹鋼零部件毛坯即使水冷，其心部或接近心部處的冷卻速度也未必滿足要求，一旦加工成零件后，這部分成為接觸介質的表面，就會影響該部分的耐腐蝕性能，在這種情況下，可先加工，使工作面能盡量地接近固溶化冷卻介質，保證較快地冷卻。或者選用含穩定化元素的奧氏體不銹鋼，并在固溶化處理后進行穩定化退火處理。
二、穩定化退火
穩定化退火是對含穩定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼采用的熱處理方法。采用這種方法的目的是利用鈦、鈮與碳的強結合特性、穩定碳、使其盡量不與鉻結合，最終達到穩定鉻的目的，提高整在奧氏體中的穩定性，避免從晶界析出，確保材料的耐腐蝕性。
1. 穩定化處理加熱溫度的選擇
為了達到奧氏體不銹鋼穩定化處理的目的，使鋼中的碳盡量形成TiC或NbC,穩定化處理加熱溫度的選擇很重要。這個溫度的選擇原則應是高于（FeCr)23C6的溶解溫度（這個溫度為400~825℃),低于或略高于TiC或NbC的開始溶解溫度（TiC的溶解溫度區間為750~1120℃).在這個溫度范圍加熱、保溫、使（FeCr)23C6能充分溶解，而TiC或NbC不溶解或很少溶解。由于鈦、鈮與碳的親合力大于鉻與碳的親合力，使得從（FeCr)23C6中分解出來的碳會與鋼中其余的鈦或鈮形成新的TiC或NbC。見圖3-17。
而從（FeCr)23C6，中分解出的鉻重新溶入奧氏體中，所以，含鈦的奧氏體不銹鋼的穩定化處理加熱溫度一般推薦為850~930℃.實驗證明，含鈦的奧氏不銹鋼在這個溫度區間進行穩定化處理后，耐晶間腐蝕性能最好，見圖3-18,。
含鈮的奧氏體不銹鋼穩定化處理加熱溫度取推薦溫度區間的中上限即可。
2. 保溫時間
有關資料報道，TiC在900℃、NbC在920℃約1h便可充分形成。因為穩定化處理包括（FeCr)23C6的溶解、TiC或NbC的形成、鉻的固溶等過程，所以工件到溫后，保溫時間最少不能少于2h,在實際生產中，保溫2~4h即可，當然，過大的零件應延長保溫時間。在透燒后，保溫時間不小于2h.如果鋼中含碳量較高或含鈦量較低時，應適當延長保溫時間。
3. 冷卻方式
奧氏體不銹鋼穩定化處理的冷卻方式和冷卻速度對穩定化效果沒有多大影響，所以，為了防止形狀復雜工件的變形或為保證工件的應力最小，可采用較小的冷卻速度，如空冷或爐冷。根據試驗研究結果，含鈦的奧氏體不銹鋼，從穩定化溫度900℃冷卻到200℃的過程中，冷卻速度為0.9℃/min與15.6℃/min的試件相比，在金相組織、硬度及耐晶間腐蝕方面沒有不同。
三、消除應力處理
確定奧氏體不銹鋼消除應力處理工藝方法，應根據材質類型、使用環境、消除應力目的及工件形狀尺寸等情況，注意掌握以下原則。
1. 材質類型
這里將材質分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個類型的目的是為了說明問題的方便。Ⅰ類－含碳量≤0.03%的超低碳奧氏體不銹鋼，如 304L不銹鋼 , 316L不銹鋼 等。Ⅱ類－含穩定化元素的奧氏體不銹鋼，如321不銹鋼 、347H不銹鋼 等。Ⅲ類－除Ⅰ、Ⅱ類外的標準型奧氏體不銹鋼。
a. Ⅰ類奧氏體不銹鋼的含碳量低于敏化溫度下奧氏體固溶碳量，Ⅱ類奧氏體不銹鋼由于穩定化元素的作用，使它們在固溶化加熱溫度以下的任何溫度區間加熱和冷卻，都基本上在保證消除一定應力的同時，不產生其他不利作用。所以，它們消除應力處理工藝的選擇范圍寬，不受更多限制。
b. Ⅲ類奧氏體不銹鋼為防止含鉻合金碳化物的析出，不可在480~950℃范圍加熱，可以在固溶化溫度加熱后快冷，也可以在480℃以下的溫度加熱后緩慢冷卻，從消除應力的效果看，前者效果好于后者。
2. 使用環境
a. 產生嚴重的應力腐蝕環境。在選材上，最好采用Ⅰ類或Ⅱ類奧氏體不銹鋼，并在900~1100℃之間加熱后緩慢冷卻，可以較徹底地消除應力。如果采用皿類奧氏體不銹鋼，應在固溶化溫度加熱并快冷，此時可消除原先的應力，但由于采用急冷方式，還會產生一些新的應力。為此，還可補充一次低溫去應力處理。
b. 產生晶間腐蝕環境。可加熱到固溶化溫度，Ⅰ類、Ⅱ類奧氏體不銹鋼可緩慢冷卻，Ⅱ類奧氏體不銹鋼必須快冷。
如果在工件生產中有產生敏化的可能而又在產生晶間腐蝕的環境中工作，則應采用I類奧氏體不銹鋼，加熱到固溶化溫度后快冷，或采用Ⅱ類奧氏體不銹鋼，加熱到穩定化溫度后緩慢冷卻。
3. 工件形狀
工件形狀復雜、易變形，應采用較低的加熱溫度和緩慢的冷卻速度，Ⅱ類奧氏體不銹鋼可以采用穩定化處理加熱溫度和緩慢的冷卻方式。
4. 去應力的主要目的
a. 去除加工過程中產生的應力或去除加工后的殘留應力。可采用固溶化處理加熱溫度并快冷，Ⅰ類、Ⅱ類奧氏體不銹鋼可采用較緩慢的冷卻方式。
b. 為保證工件最終尺寸的穩定性。可采用低的加熱溫度和緩慢的冷卻速度。
c. 為消除很大的殘留應力。消除在工作環境中可能產生新應力的工件的殘留應力或為消除大截面焊接件的焊接應力，應采用固溶化加熱溫度，Ⅲ類奧氏體不銹鋼必須快冷。這種情況最好選用Ⅰ類或Ⅱ類奧氏體不銹鋼，加熱后緩慢冷卻，消除應力的效果更好。
d. 為消除只能采用局部加熱方式工件的殘留應力。應采取低溫度加熱并緩慢冷卻的方式。
表3-3是推薦的奧氏體不銹鋼消除應力的處理方法和應用條件。
說明：表中方法順序為優先選擇順序。
A: 1010~1120℃加熱保溫后緩慢冷卻。
B: 850~900℃加熱保溫后緩慢冷卻。
C: 1010~1120℃加熱保溫后快速冷卻。
D: 480~650℃加熱保溫后緩慢冷卻。
E: 430~480℃加熱保溫后緩慢冷卻。
F: 200~480℃加熱保溫后緩慢冷卻。
保溫時間，按每25mm,保溫1~4h,較低溫度時采用較長保溫時間。
注：①. 在較強應力腐蝕環境工作的工件，最好選用I類鋼進行A處理或II類鋼進行B處理。
②. 件在制造過程中，產生敏化情況下應用。
③. 如果工件在最終加工后進行C處理時，此時可采用A或B處理。
表3-3中推薦的奧氏體不銹鋼消除應力的熱處理方法中，有些是與奧氏體不銹鋼固溶化處理和穩定化退火方法一致的，可合并進行。
四、敏化處理
敏化處理實際上不屬于奧氏體不銹鋼或其制品在生產制造過程中應該采用的熱處理方法。而是作為在檢驗奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力進行試驗時所采用的一個程序。
敏化處理實質上是使奧氏體不銹鋼對晶間腐蝕更敏感化的處理。因為敏化處理可以使奧氏體不銹鋼中的合金碳化物如（FeCr)23C6等較大程度地沿晶界析出，從而使其在晶間腐蝕介質中更快產生晶間腐蝕，以便達到快速檢驗奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕的能力。
在我國有關的不銹鋼耐晶間腐蝕傾向試驗方法中，一般規定為含C≤0.03%或含有穩定化元素的奧氏體不銹鋼的敏化處理制度為加熱到650℃,鍛材、軋材試片保溫2h空冷，鑄材試片保溫1h空冷。
對于一些特殊使用場合，為更嚴格地考核材料的抗晶間腐蝕能力，在某些標準中，對奧氏體不銹鋼的敏化制度規定得更為苛刻，依據工件將來使用的溫度及材料的含碳量以及是否含鉬元素等因素而采用不同的敏化制度。有的還對敏化處理的升、降溫速度加以控制。所以，在判定奧氏體不銹鋼晶間腐蝕傾向性大小時，應注意采用的敏化制度。
這里需要指出的一個現象是，在敏化溫度隨著保持時間的延長，由于（FeCr)23C6析出得更充分，所以，晶界的貧鉻情況也就更明顯，反映在晶間腐蝕效果更嚴重。但是，當保持時間繼續延長，長到足以使鉻可以擴散到晶界區，并消除晶界區的局部貧鉻效果時，則晶間腐蝕現象也會隨之解除。見圖3-19。這種效果雖然存在，但是，靠這種方法改善奧氏體不銹鋼晶間腐蝕效果，在實際生產中很少采用。
五、奧氏體不銹鋼的冷加工強化及去應力處理
奧氏體不銹鋼不能用熱處理方法強化，但可以通過冷加工變形得以強化（冷作硬化、形變強化），會使強度提高、塑性下降。
1. 奧氏體不銹鋼冷加工強化的理論基礎和影響因素
奧氏體不銹鋼冷變形強化的理論和效果與馬氏體不銹鋼及其他金屬相比，有其特殊性。
按一般的冷變形強化理論，許多金屬材料在冷加工變形過程中，會由于晶體產生缺陷、點陣畸變、位錯、亞結構等使晶體滑移受到阻力，從而使金屬得到強化。
奧氏體不銹鋼在冷加工變形過程中，除了產生如同其他金屬材料的冷加工強化現象外，還會因在形變過程中，有部分穩定性差的奧氏體轉變成為馬氏體，而增加了奧氏體不銹鋼的強化效果。
如前所述，奧氏體不銹鋼由于Ms點低于室溫，一般情況下，其室溫組織為奧氏體，不會發生向馬氏體的轉變過程。但是，受合金元素的影響，奧氏體的穩定程度有所不同，有的很穩定，有的是相對不穩定的，稱其為亞穩定奧氏體。穩定性強的奧氏體在接受冷加工變形時，仍保持奧氏體組織，而穩定性差的奧氏體在冷加工變形過程中，會有一部分奧氏體發生向馬氏體的轉變。這個由于冷加工變形引起亞穩定奧氏體向馬氏體轉變的開始溫度記Md,一些研究表明，Md高于Ms170~350℃,在室溫以上。Md點越高，說明奧氏體向馬氏體轉變越容易發生。影響Md點溫度，或者說影響奧氏體不銹鋼冷加工變形強化的因素很多，如鋼的化學成分、冷加工變形度、冷加工變形溫度等。下面重點說明化學成分和冷加工變形度的影響效果。
a. 化學成分的影響
合金元素對奧氏體不銹鋼冷加工變形強化的影響是復雜的，綜合各方面的研究報道，基本觀點如下：
①. 對屈服強度的影響
奧氏體不銹鋼冷變形過程中，在發生屈服前，由于冷變形量不大，不至于引起大量奧氏體向馬氏體的轉變，此時，強化效果主要是原來固溶于奧氏體中的合金元素的固溶強化作用結果，所以，填隙型合金元素，如碳、氮等作用較大，亦即含碳、氮較多的奧氏體不銹鋼的屈服強度較高。
②. 對破斷（抗拉）強度的影響
奧氏體不銹鋼在冷變形發生屈服后，變形量較大，強化效果明顯了，此階段影響奧氏體穩定性的因素起主導作用，即降低奧氏體穩定性的合金元素影響較大，如硅、鉬、鉻增加冷變形強化效果、提高抗拉強度，而鎳、銅則減小冷變形強化的效果，降低抗拉強度。
實際上，合金元素對奧氏體不銹鋼冷加工變形的強化作用是復雜的，以碳為例，碳既有對奧氏體固溶強化，從而提高奧氏體不銹鋼冷加工變形強化的作用，也有穩定奧氏體，使奧氏體向馬氏體轉變發生困難，從而降低奧氏體不銹鋼冷加工變形強化的作用。而且，還會依碳含量的不同，作用程度也不同。圖3-5顯示了碳對兩種奧氏體不銹鋼冷加工強化的影響效果。
鉻和鎳的作用見圖 3-20 。
從圖3-20可見，當鉻量相同時，鎳的硬化效果隨其含量的增加而減小，這是由于鎳穩定了奧氏體，影響了奧氏體向馬氏體轉變的結果。圖3-5含鉻相同而含鎳不同的兩條曲線也驗證了這個結論。
在鎳≤12%的范圍內，當鎳含量相同時，鉻的硬化效果隨鉻含量的增加而減小，這是因為鉻的增加會使組織中產生δ鐵素體，從而使可向馬氏體轉變的奧氏體比例減少。同時，鉻作為合金元素，對奧氏體的轉變點Md也產生一定的降低作用，減弱了發生轉變的可能性。
在鎳≥14%的范圍內，鉻對硬化效果的作用不明顯了，這可能是因為此時的奧氏體已經很穩定了，冷加工變形已不再使奧氏體發生向馬氏體轉變，鉻只起到固溶強化的作用，隨鉻含量的增加，硬化效果也略有增加。
b. 冷加工變形度的影響
奧氏體不銹鋼冷加工變形強化的效果與冷加工變形度有較大的關系。一般規律是隨冷加工變形度的增加，強化效果增大，即屈服強度、抗拉強度提高，而且屈強比也顯著提高，有文獻報道，固溶狀態奧氏體不銹鋼屈強比一般為30%~45%;而冷加工變形強化后，依變形度不同，屈強比最高可達85%~90%,這在多年的生產實踐中也得到了證明，奧氏體不銹鋼冷加工變形度達到10%~12%時，屈強比即可達到70%~75%.當然，隨著強度的增加，其塑性和沖擊韌性將有明顯的降低。圖3-21及表3-4均顯示出了奧氏體不銹鋼隨冷加工變形度的增加對力學性能的影響。
還有，隨著冷加工變形度的增加，奧氏體不銹鋼的磁導率也明顯增加，這也說明，隨著冷加工變形度的增加，奧氏體向馬氏體的轉變量增加了。
冷加工變形雖可使奧氏體不銹鋼強化，但需要對其進行大的冷加工變形，這對于截面較大或形狀復雜的零部件，在工藝上難以實現。
此外，由于冷加工變形后，鋼的塑性、韌性指標下降，又因有較大的應力，會在應力腐蝕環境中增加應力腐蝕的敏感性，所以，在實際應用中受到一定的限制。
2. 冷加工變形強化后的去應力處理
奧氏體不銹鋼或制品（彈簧，螺栓等）經冷加工變形強化后，存在較大的加工應力，這種應力的存在導致在應力腐蝕環境中使用時，增加了應力腐蝕的敏感性，影響尺寸的穩定性。為減小應力，可采用去應力處理（有的叫應力松弛處理）。一般是加熱到280~400℃保持2~3h后空冷或緩冷。去應力處理不僅可減少制件的應力，還會在延伸率無大改變的情況下，使硬度強度及彈性極限得到提高，見圖3-22和表3-5。
