摘要：以304钢为基础，分别加入质量分数为1.5%、2%、3%的Al，利用中频无芯感应电炉熔炼并浇入树脂砂型试样中，将熔炼制备的样切成金相试并对腐蚀性能测试。研究了Al质量分数为1.5%、2.0%、3.0%的不锈钢的抗晶间腐蚀性能。结果表明：Al质量分数为2%的合金具有最佳的抗晶间腐蚀性能。 引言
不锈钢是指一系列在空气、水和盐等溶液、酸、碱以及其他腐蚀介质中具有高度化学稳定性的合金钢的总称。在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢，其含铬量在12%-30%的铁基耐蚀合金。代表性能的有13铬钢,18-铬镍钢等高合金钢。
了解金属的腐蚀特点及提高不锈钢的耐蚀性是很重要的。因为金属的腐蚀是有害的，它会给 国民经济造成巨大损失。钢生锈及高温的氧化，石油管道、化工设备、机械设备和船舶壳体的损坏都是与腐蚀有关的。据不完全统计，全世界因腐蚀而损坏的金属制品约占当年钢产量的10%。因此采取措施，更广泛的应用不锈钢代替普通钢，并提高不锈钢的耐蚀性对国民经济的发展有着十分重要意义。
1.不锈钢发展现状
关于不锈钢的最主要的研究和发展是集中在两个方面：（1） 改善钢的耐腐蚀性，其中对 18-8钢晶间腐烛问题的研究，不仅发展了钢种，提出了解决这个间题的工艺方法，还促进了有关不锈钢的钝化和腐蚀机理的研究；（2）发展高强度不锈钢（即沉淀硬化不锈钢），这种钢是二次大战后随着航空、航天和火箭技术的进展而发展起来的。其中半奥氏体沉淀硬化不锈钢具有优异的工艺性能（17-7PH 类），固溶处理后极易加工成形，且随后的强化热处理（时效处理）温度不高变形很小，在美国这种钢多用于航空结构，并已大量生产，各国也都有类似钢种投入使用。
不锈钢是一种特殊的材料，其优点是不生锈、耐蚀、耐热、易加工、易清洁、可回收以及全寿命周期成本低，同时又是一种绿环保材料，可以广泛应用于工业生产及人们的日常
生活。 随着科学技术的发展，不锈钢的品种和质量也在迅速发展。而随着不锈钢的应用的日益广泛，各国正在研究和开发更多的适应新要求的不锈钢品种。
2.铝在不锈钢中的作用
铝在钢中作用主要有两个方面：一是用作炼钢时的脱氧定氮剂，并且细化晶粒，阻抑低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性等。二是作为合金化元素加入钢中，提高钢的抗氧化性，改善钢的电、磁性能，提高渗氮钢的耐腐蚀和疲劳强度等[5]。我国铝资源极为丰富，可以在合金钢中大力推广铝的使用，特别是在不锈钢和耐热钢中，以提高钢的耐腐蚀性和抗高温氧化性。铝是铁素体形成元素，形成铁素体的能力是铬的2.5~3.0倍。在大多数不锈钢中，铝多作为脱氧剂残留于钢中，由于含铝夹杂物对点蚀的敏感性，一般不采用铝作为熔炼不锈钢的脱氧剂。作为合金元素，在各类不锈钢中的使用目的不同，其主要作用是时效强化和提高会火稳定性和增加二次硬化效应，同时铝还可以在不锈钢表面形成氧化铝钝化膜，起到抗腐蚀性和抗高温氧化性。
3.304不锈钢
304钢由于其耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好。深冲压，弯曲等常温加工性能较好，广泛应用于家庭用品（餐具类、热水器、橱柜、锅炉、室内管线、浴缸）、医疗器具、汽车配件、建材、食品工业、化学和农业等行业。
该系列钢含有足够的Cr、Ni元素，通过较高Ni元素获得稳定的奥氏体组织。这类钢的特点是在室温和低温下都具有良好的塑性和韧性、高的弹性模数、低的热导率、磁导率和电导率及良好的可焊接性能和耐腐蚀能力。不能通过热处理强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬化作用提高它的强度。但由于它的硬度较低、耐磨性较差, 而使其工作寿命大大降低。采用传统渗氮工艺可以使奥氏体不锈钢表面形成富氮的化合物层，表面硬度提高到1000HV以上，但负面结果是导致了CrN相的析出，从而造成了材料抗蚀性的下降。而在奥氏体不锈钢中固溶一定浓度的氮既可以稳定奥氏体组织、提高强度，又可以提高耐腐蚀性能。
304不锈钢缺点是该系列不锈钢对晶间腐蚀及应力腐蚀比较敏感，需通过适当地合金添加剂及工艺措施进行消除。为获得特殊性能，可添加其它元素，如Si元素含量一般在1-3wt.％，可提高钢的抗氧化能力，甚至高达5wt.％可应用在特定环境中耐硝酸腐蚀。为提高层错能，
节约Ni资源而添加Cu元素；为提高钢的切削性能而添加S元素； 为防止晶界贫Cr，产生晶间腐蚀而添加Ti、Nb等元素以稳定其组织；为提高抗点腐蚀能力，可添加2-4wt.％的Mo元素，这对促进固溶强化作用也是十分有利的。
4实验方案
4.1.用中频应电炉制备含Al为1.5%、2.0%、3.0%成份的合金试样。
4.1.1试验原材料及设备
304钢板、工业纯铝锭、树脂、石英砂、固化剂（对甲苯磺酸）、中频无芯感应炉、碱性醇基镁砂粉涂料、65%硝酸溶液、10×10×10试样、游标卡尺、分析天平（精确度1mg）、超声波清洗器、水磨砂纸、金相砂纸、回流冷凝管、250mL磨口锥形瓶、酒精灯等。
4.1.2合金试样制备
制样流程：合金配比设计-熔炼-浇铸试样-线切割制备金相试样-测腐蚀性能
在304钢中分别加入1.5 ~ 3 wt.%的Al，设计4种合金，具体化学成分见表1。
表1 试验合金的化学成分 （wt.%）
合金 | Al | Cr | Ni | Mn | Si | C | Fe |
1 | 0 | 18~20 | 8~11 | 2 | 1.0 | 0.08 | 余量 |
2 | 1.5 | 18~20 | 8~11 | 2 | 1.0 | 0.08 | 余量 |
3不锈钢钝化 | 2 | 18~20 | 8~11 | 2 | 1.0 | 0.08 | 余量 |
4 | 3 | 18~20 | 8~11 | 2 | 1.0 | 0.08 | 余量 |
| | | | | | | |
4.2腐蚀试验过程
本实验采用失重法测试合金钢的抗腐蚀性能。
晶间腐蚀实验参照GB/T 4334.3-2000进行。将中频感应电炉熔炼好的合金铸锭试利用线切割加工成10mm×10mm×10mm的方形试样。随后进行敏化处理，敏化温度为650℃，保温1h，空冷；用600和1000号水磨砂纸打磨；再进行去污处理，然后用酒精棉擦拭，用电吹风吹干；用分析天平称重（精确到1mg），记下数据；用游标卡尺测量试样的尺寸并算出
其表面积；将符合GT/626 的优级纯硝酸用蒸馏水或去离子水配制成(65.0士0.2)% (重量百分比) 的硝酸溶液。试样放在试验溶液中用玻璃支架保持于溶液中部。 溶液量按试样表面积计算，其量不少于20mL/cm2。每周期必须用新的试验溶液 ，每一个容器中只放一个试样。将65%硝酸溶液放入容量为1L带回流冷凝器的磨口锥形烧瓶中，上部接回流冷凝装置，下部用酒精灯加热、煮沸，每个周期腐蚀时间48h。实验结束后取出试样，在流水中用软刷子刷掉表面的腐蚀产物，干燥、称重。
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