对不同Al含量（0、2%、4%）的304不锈钢管进行轧制，采用OM、XRD、EPMA等手段研究轧制状态下的显微组织，研究力学性能和耐腐蚀性能。结果表明，随着Al含量的增加，合金基体转变为单相的+双相结构，Al元素以固溶体和Al4C3的形式分布在基体中沉淀相。随着含量的增加，析出的Al4C3相增加。随着Al含量的增加，合金的强度先降低后增加，而延伸率逐渐降低。合金断口形貌的SEM分析表明断口形貌为韧性断裂。随着Al含量的增加，合金的腐蚀速率显着降低，含4质量%的Al304的耐晶间腐蚀性能是304的两倍以上。 Al4C3相的析出减少了缺铬面积，在合金表面形成了更稳定的Al2O3钝化膜，是提高耐蚀性的主要因素。

304不锈钢管具有良好的机械性能和良好的耐腐蚀性能，因此被广泛应用于石油、化工、能源和电力领域。然而，上述大多数环境都含有腐蚀性气氛，如水蒸气和硫化物。这种气氛会加速材料性能的劣化，影响使用寿命。适当的合金化或表面涂层技术可以有效地保护和控制材料的腐蚀，但后者更昂贵，因此是当今常用的重要方法。

事实上，金属的长期保护与其表面形成的氧化物有关。 304不锈钢管表面形成的Cr2O3膜在600以上的水蒸气环境中易挥发，形成Cr氢氧化物，干扰其使用。高铝304不锈钢管表面可形成Al2O3膜，与Cr2O3膜相比，Al2O3膜生长速率更低，热力学稳定性更好，致密度更好。在硫化和水蒸气环境中使用更有利。近年来，铝改性不锈钢管的研究工作正在逐步推进，目前国外科技人员已在实验室成功研制出800高铝奥氏体不锈钢管。还对大块不锈钢管进行了研究，结果表明，铸造304 合金可以通过Al 改性，在不降低室温强度的情况下显着提高高温抗氧化性和抗腐蚀性能。不锈钢管大多以轧制状态供货，对含铝奥氏体不锈钢管轧制的研究在世界范围内鲜有报道。本文在304的基础上研究了不同Al含量的304热轧后的组织和性能，揭示了Al对热轧304不锈钢管组织和性能的影响，并为高耐久性开发提供了实验和结果。热轧板用铝304不锈钢管的理论基础[J].

1 实验材料与方法

实验原料均为粉末，按表1化学成分称量实验钢的三种组分。称取三种组分的粉末，放入QM-BP行星式球磨机进行球磨。混合粉末在钢模中压制为20mm50mm，压缩后的圆筒在氩气保护下在WS-4非自耗真空电弧炉中熔炼，以保证结构的致密性和均匀性。每种合金的成分重熔4-6次。

将熔融合金的表面缺陷和氧化皮磨削后，用压力机对钢坯进行热压，热压温度1200，保温时间30-40分钟，热压压力60-80兆帕.道次8-10次，热压总变形量60%左右。将热压试样加工成30mm30mm4mm的轧制试样，轧制温度1200，保温时间5分钟，轧制道次16-20次，总轧制变形约40%。轧制的样品在1100 C 下保持25 分钟，然后水淬进行固溶处理。 

处理后的样品用水砂纸抛光后，用FeCl3+盐酸+蒸馏水蚀刻剂抛光腐蚀，用Mef3光学显微镜观察样品微观结构，用EPMA-测量样品中各元素的分布1600 电子探针和X 射线分析相组成。根据国家标准GB/T228-2002 《金属材料室温拉伸试验方法》的技术要求，加工成哑铃形拉伸试样，拉伸试样标距10mm，截面积3.4mm1mm。为保证实验结果的准确性，对不同成分的样品进行了3次测试，取测试结果的平均值。根据试样的载荷-位移数据绘制-曲线。然后根据-曲线确定各组分试样的屈服强度Rp0.2、抗拉强度b和伸长率。

晶间腐蚀试验按GB/T4334.3-2008进行。通过线切割将轧制样品加工成15mm x 10mm x 2mm。然后进行增减处理，将增减温度设为650，保温2小时，冷却空气。用500 和1000 水基砂纸打磨。然后进行去污干燥处理，用分析天平称量（精度1mg），在锥形瓶中配制65%硝酸溶液，连接冷凝回流装置，用酒精灯加热煮沸，腐蚀时间为48 小时。实验结束后，取出试样，用软毛刷在流水中刷刷表面腐蚀产物，晾干，称重。实验五次循环，以腐蚀速率评价实验结果，腐蚀速率计算公式如下： 腐蚀率=（m 前- m 后）/（s t）。式中，m，实验前质量（g），实验后m-样品质量（g），s-样品总面积（m2），t-实验时间（h）。

2 结果与讨论

2.1 显微结构形态

如如图1所示，不含Al的304不锈钢管的热轧组织由灰白色基体相和黑色碳化铬组成。 %Al，也出现少量较大尺寸的粒状黑色相（如图1b）。含4% Al 的304 合金基体由灰白色 相和巨黑 相组成，基体中分布着两种粒状黑色相（如图1c）。同时。

Al是形成铁素体的元素，根据铬当量公式，Al对铬当量的影响相当于Cr的2.5倍。当Al含量增加到4%时，基体逐渐由单相转变为+双相，随着Al含量的增加，合金的粒状黑色相出现两种不同的尺寸。为进一步分析其成分，采用EPMA对合金2和3的表面扫描结果为如图3。如图4 所示，结果是少量的Al 和Cr 以两种合金的化合物形式存在，大部分Al 溶解在固溶体中。结合XRD分析可知，显微组织的大黑相为Al和C的复合相，Al4C3等Al的浓相，小黑相为铬的碳化物。合金经坯料和热轧后，合金的晶格结构严重扭曲，Al在奥氏体基体中的溶解度降低，部分Al元素从基体中析出。根据Brady等人的研究，Al在奥氏体中的溶解度为2~2.5%，过量的Al元素以(Fe,Ni)Al金属间化合物的形式存在。但由于304的Ni含量较少，析出的Al元素不优先形成(Fe,Ni)Al金属间化合物而存在于富AlAl4C3和富Al相中，并随着Al含量的增加而浓缩。症状比较严重。高熔点Al4C3在轧制过程中优先形成，消耗基体中的C并抑制碳化铬的析出。

2.2 力学性能

三种试验钢的应力-应变曲线和拉伸性能见如图5。添加Al的304不锈钢管的强度没有明显增加，304的屈服强度在Al含量为2%时最低，屈服强度为225 MPa，304不添加Al，添加4% Al时，屈服强度为225 MPa。屈服强度分别为305 和315 MPa。抗拉强度的变化规律与屈服强度一致。 Al元素在基体中的固溶可以提高试验钢的强度，但由于较大相Al4C3的析出，合金强度并未提高，甚至在含2%Al时合金强度最低。这主要是因为Al4C3相是产生微裂纹的主要原因，其尺寸与微裂纹尺寸相同。试验钢中Al4C3的平均晶粒尺寸大于5m（图1、2、3）。因此，对材料强度的弱化作用足以抵消Al的固溶强化。

Al是形成铁素体的元素，当304的Al含量达到4%时，基体上就会出现铁素体相，形成两相结构。明显优于铁素体奥氏体不锈钢管。最近的研究表明，铁素体的存在可以将两相组织的晶粒细化至奥氏体不锈钢管组织晶粒尺寸的一半，并且增强了晶界干涉位错的效果[14-15]。 ]。从而强化合金。同时，Al可以置换晶格中的铁原子，破坏原有的晶格排列，使位错难以移动，强化合金。 Al 元素的这种强化作用抵消了由粗糙的Al4C3 相引起的强度下降。含4%Al的304不锈钢管的强度与不含Al的304不锈钢管的强度相同。

随着Al含量的增加，三种试验钢的延伸率略有下降。未添加Al的304不锈钢管的伸长率降低了75%，添加Al后的304不锈钢管的伸长率降低了6%和12%。含Al304的不锈钢管中的Al4C3颗粒大部分硬而脆，因此在拉伸时难以参与塑性变形，且和的变形不协调，故Al304的塑性如下。减少。三种试验钢的热轧拉伸破坏形貌见如图6，不含Al的304整体断口为韧性微孔，微孔深且边缘长。第一个是直径为5-8 m 的大而深的等轴凹坑，由正常流动应力的早期和中期阶段的生长形成。大多数是通过成核形成的。在塑性变形量较大的情况下，凹坑可以充分生长，另一种是直径在3m以下的小凹坑，是在正常流变应力的后期生长形成的。细小碳化物形核，大的不够，尺寸小，因此试样的断裂方式为韧性断裂。与不含Al的304相比，含2%Al的304不锈钢管的凹坑数量减少，尺寸不同，部分部位有平坦台阶，因此可以判断断口类型为凹坑加台阶。含4%Al的304不锈钢管拉伸断裂凹坑较大，大凹坑周围有许多小凹坑，无明显台阶，但有明显撕裂现象。可以看出，断裂是由连续拉伸过程中强烈的塑性变形引起的，在滑动位移或夹杂物与母材的界面处产生空隙，裂纹扩展和积累，导致最终断裂。也属于韧性断裂。断裂形式为混合凹坑和撕裂边缘。

2.3 耐腐蚀性

三种试验钢的晶间腐蚀结果见如图7。结果表明，随着Al元素的加入，304不锈钢管的晶间腐蚀速率逐渐降低。其中，含4% Al 的304 的晶间腐蚀速率是不含Al304 的钢的两倍以上。晶间腐蚀是由晶粒间电化学不均匀性和晶界周围严重缺铬区域引起的[16]，除了试验钢基体中的Al元素溶液外，过量的Al会优先与CAl4C3反应.如如图2(c) 所示，即使在含4% Al 的304 中也能清楚地检测到该相。同时，顾学敏等人的研究表明，Al和C在高温下可以缓慢反应形成Al4C3颗粒[17]。 Al4C3 相的形成消耗了合金中的C，并阻止了C 扩散到颗粒中。界面处的铬减少，晶界处的铬减少，碳化物析出的减少减少了不锈钢管中铬的消耗，实验钢基体中铁素体的出现导致相界能（ /)成为奥氏体晶界能量(/)低于相界，因此碳化铬优先在相界面析出，这些铁素体相沿奥氏体晶界形成并以孤立的形式存在岛屿。破坏了奥氏体晶界的连续性，奥氏体晶粒细化，晶界和相界的总面积大大增加。这些因素有利于提高Al304不锈钢的晶界耐蚀性管道。

试验钢中的Al元素可以形成比表面的Cr2O3保护膜具有更高电化学稳定性和更低腐蚀速率的Al2O3保护膜，根据膜理论，Al304不锈钢管与介质相互作用形成非常好的地层.薄的Al2O3保护膜延缓了阳极工艺的进行，提高了合金的化学稳定性，提高了Al304不锈钢管的耐晶间腐蚀性能。

3 结论

1）在添加Al的304不锈钢管的热轧组织中，Al主要以固溶体和Al4C3相的形式存在。 Al是形成铁素体的元素，随着铝含量的增加，合金基体由转变为+双相结构。随着铝含量的增加，高熔点Al4C3优先析出，碳化铬的析出量逐渐减少。

2）在热轧304不锈钢管中加入Al元素后，基体中形成较大尺寸的Al4C3相，使Al304不锈钢管的热轧强度不发生变化或大幅度降低。同时，随着Al含量的增加，合金的延伸率从最初的75%逐渐降低到66%，三种合金的破坏模式为韧性破坏。

3）添加Al的热轧304不锈钢管的耐晶间腐蚀性能大大提高，特别是含4%Al的304不锈钢管的耐蚀性是304不锈钢管的2倍。