17-7PH不锈钢(0Cr17Ni7Al)是以18-8不锈钢为基础发展起来的奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢。通过相变、变性和沉淀硬化可使它具有高强度、高硬度、抗疲劳等特点，同时由于其含Cr量高而具有很好的耐腐蚀性能。因此多被用于℃以下服役的构件，如弹簧、压力容器、飞机蒙皮、飞机结构件、喷气发动机部件、导弹压力容器、隔板、波纹管等。Al在17-7PH钢中的作用主要是在马氏体相中时效形成
Al、NiAl沉淀相，从而达到强化的目的。从年美国ArmcoSteel公司生产出17-7PH不锈钢至今，中外学者对其做了大量的研究工作，发现17-7PH沉淀硬化不锈钢具有优良的抗均匀腐蚀、晶间腐蚀和抗磨蚀性能，而添加合金元素和进行热处理都将对不锈钢的力学性能和耐蚀性产生一定的影响。
Al作为合金化元素加入钢中时，可提高钢的高温抗氧化性，耐氧化性腐蚀、
气体腐蚀和疲劳强度等;炼钢时还可作为脱氧定氮剂，形成AlN细化晶粒，抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性等。因此，Al在沉淀硬化钢、高强度钢、渗氮钢和耐热钢中，得到了广泛的应用。本文通过对加入不同含量Al的17-7PH不锈钢合金热轧加工后的室温组织、力学性能和腐蚀性能进行研究，确定Al元素对17-7PH不锈钢合金组织的作用机制，为开发含铝不锈钢提供理论依据。
1实验材料及方法
以17-7PH合金为基础在其中加入铝，设计合金的化学成分见表1。所用原料全部为粉料，按照表1称取各元素的粉末，放入QM-BP行星式球磨机中混合8h，转速r/min，
陶瓷球为球磨介质。把混合后的粉末在钢模中压成20*50mm圆柱，在氩气保护下将压成的圆柱在WS-4非自耗真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼电流为A。熔体在水冷铜坩埚中保温2min后关闭电弧，在铜模中凝固。将熔炼好的合金打磨掉表面缺陷和氧化皮后进行热压开坯。合金在℃时装炉，随炉升温至热压温度1℃，热压压力20MPa，道次8～10次，总变形量55%～58%。把热压后的试样加工成30mm×30mm×4mm的轧制样，热轧温度1℃，保温时间20～30min，轧制道次16～20道次，道次变形量3%～1%，总变形量20%～17%，得到厚度为3mm的板材试样。
对热轧后的试样进行工艺如下的热处理:固溶处理，℃+30min，水冷;调整处理，℃+10min，空冷至室温;深冷处理，干冰酒精中保温8h;时效，℃+1h，空冷。将处理后的试样用水砂纸打磨、机械抛光，用Rigaku.D/max-型X射线衍射仪分析合金的相组成，用
+盐酸+蒸馏水腐蚀液侵蚀后在Mef3光学显微镜下观察试样的显微组织，用JSM-F场发射扫描电镜进行能谱分析。
按照GB/T-标准，采用线切割法切取拉伸试样，试样标距10mm，厚度1.2mm。在微机控制电子式万能材料试验机上进行拉伸试验，拉伸速率0.2mm/min。按照GB/T.3-标准，采用失重法测试材料的抗腐蚀性能，试样尺寸为15mm×10mm×3mm，腐蚀时间为8h。利用式(1)计算腐蚀速率。
腐蚀速率前－后（1）
式中:
前－实验前试样质量，g;
后－实验后试样质量，g;S－试样总面积，
;
实验时间，h。
2结果与分析
2.1室温组织
图1和图2分别为不同Al含量17-7PH合金轧制、热处理后的XＲD谱和组织。由显微组织图可知，合金No.1，No.2，No.3组织由黑白两相组成，结合XＲD谱可得，合金由白色铁素体、黑色回火马氏体及少量的残留奥氏体组成(合金中铁素体的峰与马氏体峰发生重叠现象);合金No.4，No.5，No.6也由两种不同的相组成，为铁素体基体上分布着不同形态的奥氏体相;合金No.4，No.5奥氏体为岛状，合金No.6奥氏体为针状和粒状，且铁素体晶粒变得非常粗大。
对轧制、热处理后各合金中的铁素体数量进行统计，得到如表2所示结果。由表可知，铁素体含量随Al的增加而增加。
图3、4分别为合金No.3，No.5经轧制和热处理后元素分布EDS结果。从图中可看出，不同合金组织中存在少量的Al和N富集，形成AlN相，另一部分Al均匀分布于基体中，其他元素分布均匀。
2.2性能
2.2.1力学性能
图5为不同Al含量合金的室温拉伸工程应力-应变曲线。从图中可以看出，合金No.1，No.2，No.3的拉伸过程经历了弹性变形、均匀塑性变形、缩颈阶段;合金No.4经历了弹性变形、较长的均匀塑性变形阶段;合金No.5，No.6经历了弹性变形阶段，无明显的塑性变形。
根据应力-应变曲线确定出各合金的力学性能参数，如表3所示。由表可知，与原始17-7PH相比，加铝1.5%～2%时合金抗拉强度略有上升，而屈服强度略微下降;含铝≤1.5%时随Al的增加，抗拉强度略有增加，屈服强度有所降低;含铝≥2%时抗拉强度随着Al的增加而降低，不同合金的屈服强度在Al含量为2.5%处达到最低。而试样的伸长率随Al的增加并非线性增加或下降，Al含量低于2%时，伸长率变化不明显，Al含量为2.5%时有所提高而Al含量≥2.5%时伸长率随着Al的增加急剧降低。
图6为不同Al含量合金的拉伸断口形貌，由图可以看出，合金No.1断口为韧窝形貌，合金No.2为韧窝加少量解理台阶形貌;随Al含量的增加解理面面积不断扩大，韧窝的数量不断减少，形状由深变浅直至成为撕裂棱;从6(b)、6(c)、6(d)3幅图中可以观察到在合金断口形貌中存在明显的显微裂缝。
2.2.2腐蚀性能
图7为不同Al含量合金在沸腾的浓HNO3中的腐蚀速率，由图可知，Al含量小于2.5%时，合金的腐蚀速率随着Al的增加而降低。与原始成分17-7PH合金相比，含铝2%时合金腐蚀速率下降了20%，含铝2.5%时下降了70%。当Al含量为2.5%时合金的腐蚀速率明显降低(腐蚀速率为0.37g/h·m2)，然后随着Al的增加，合金的腐蚀速率逐渐增加，但仍低于Al含量小于2%的合金。
3讨论
原始成分的17-7PH中存在10vol%左右的铁素体，Al是促进铁素体生成元素，随着Al的增加合金组织中铁素体量逐渐增加。经热轧及热处理后，合金中奥氏体和铁素体由树枝晶变为等轴晶。Al在合金中小部分形成少量AlN和细小均匀分布的NiAl相，大部分则以固溶形式存在，从而促进铁素体的生成。Al既能升高Ms点，又能降低碳的扩散速度，使析出的碳化物不易聚集，故加入Al后，C的扩散速度降低，碳化物析出受到抑制，且抑制效果随Al的增加而愈发明显，使得调整处理过程中碳化物最终难以析出，从而引起奥氏体相中C含量增加;C为强烈降低Ms点元素，抑制马氏体相变过程，随着Al的增加铁素体量逐渐增加，而C在铁素体相中的溶解度比奥氏体中低，使得C向奥氏体相中偏聚，因此随Al含量增加残留奥氏体增加，直到含铝2.5%时奥氏体完全不发生马氏体转变。
材料的屈服强度由多方面因素控制，如晶格类型、晶粒大小、溶质原子、析出相及温度等。17-7PH钢中，置换固溶的Al对基体产生强化作用，析出相NiAl及AlN质点产生弥散强化作用。Al含量低于2.5%时材料的屈服强度并未随Al增加引起的固溶强化及NiAl析出相的增多而提高，但Al增加使得组织中铁素体、残留奥氏体量增多，马氏体量降低，由此说明Al的固溶强化对材料强度提高作用有限，而组织变化对材料强度影响较大。
材料抗拉强度的大小取决于屈服强度与应变硬化指数的大小。屈服强度一定时，应变硬化指数越大，材料的抗拉强度越大。合金No.2，No.3的屈服强度略有降低，但抗拉强度均提高，由此可知二者应变硬化指数大于合金No.1。根据文献可知，Al可增加合金组织的层错能［10］，但由于合金在时效过程中Al偏聚形成NiAl相，而原子的偏聚又将引起自由能的降低，从而降低合金的层错能［11］;同时组织中的残留奥氏体随着Al增加而增加，而奥氏体的层错能低，硬化指数较大，从而提高合金的抗拉强度。合金No.4强度骤降是由于奥氏体未能发生马氏体相变，组织由M+F+残留A变为A+F所致;奥氏体组织强度低，但塑性好，从而导致合金强度的突降，伸长率增加。随着Al进一步增加合金强度有所增加，但韧性明显降低，表现为脆性断裂，原因是铁素体的增加及粗化，且铁素体相在℃时效易发生Spinodal分解现象，产生℃脆性。
合金No.1断口韧窝细小密集，断裂方式为韧性断裂，这是因为组织中含有大量板条马氏体，而板条马氏体为位错型亚结构，具有较高的强度和塑性，裂纹扩展阻力大;随Al的增加，组织中铁素体含量不断增加，铁素体中裂纹扩展阻力小，易沿{}面发生解理断裂，使韧窝数量减少，出现解理台阶。合金No.2，No.3，No.4断口中出现了裂缝，这是由于F-M界面和F-A界面的晶体结构和点阵常数均不同，使得位错难以逾越其界面，随着应力的不断增加，位错滑移至界面并不断塞积，产生应力集中，最终形成显微裂纹。合金No.4经过了较长的均匀塑性变形阶段，奥氏体经过充分的加工硬化，难以发生缩颈，裂纹不能通过微孔形核，因此表现为伸长率较大，断口的韧窝较少。合金No.5，No.6断口变为解理台阶加撕裂棱，断口平齐，呈现出脆性断裂的特点，是由于经过时效后铁素体发生脆性转变，同时奥氏体含量较少，不能有效地松弛裂纹尖端的集中应力，不足以吸收裂纹扩展的能量，裂纹扩展阻力较小，从而产生脆性断裂。
合金化是提高金属抗腐蚀性能的重要手段，方法包括:提高金属的热力学稳定性、阻滞阴极过程、阻滞阳极过程。阻滞阳极过程的途径如下:减小合金表面阳极区面积、加入易钝化的合金元素、加入强阴极性合金元素，促使合金钝化［12］。Al为易钝化元素，加入17-7PH中进行合金化，在具有氧化性的浓HNO3中优先被氧化生成Al2O3钝化膜，与Cr元素共同组成合金的钝化膜。随着Al的增加，钝化膜中Al2O3增加，钝化膜变得致密，合金的腐蚀速率降低;含铝2.5%时腐蚀速率最低，一方面Al含量提高了其易钝化性，另一方面合金组织由M+F变为A+F，而奥氏体组织晶格自由能较低，耐腐蚀性优于马氏体;Al继续增加，组织中铁素体量增加，而铁素体的耐蚀性较奥氏体差，且铁素体在℃时效过程中易发生Spinodal分解现象，产生富铬富铁的原子偏聚区，在富铬区附近必将产生贫铬区域，引起微观区域成分的不均匀，导致腐蚀速率加快。
4结论
1)轧制、热处理后Al元素以固溶及析出相(NiAl、AlN)的形式存在于基体中，且以固溶形式为主。随着Al含量的增加，合金组织中的铁素体含量逐渐增加，奥氏体相变为马氏体受到抑制;热处理后基体组织由M+F+残留A转变为F+A，转变点在2.5%;
2)当Al含量为1%～2%时，合金的抗拉强度有所增加，屈服强度和伸长率略有降低;Al含量为2.5%时，合金的强度降低，伸长率明显增加;Al含量进一步增加，合金的抗拉强度和伸长率不断降低，合金转变为脆性材料;
3)随着Al含量的增加，合金的断裂方式由韧窝加解理转变为解理;均匀腐蚀速率先降低后升高，耐腐蚀性能先提高后降低;转变点均为2.5%;
4)含2%Al的合金可作为腐蚀性能显著提高而力学性能基本改良的改性17-7PH不锈钢推广应用。