奥氏体不锈钢在工厂的实际生产中，一般采用炉卷轧机进行精轧。这种热轧过程中将产生大量的氧化皮。该类氧化皮的存在，不仅影响热轧产品的表面质量，而且影响酸洗的难易程度，故通过模拟炉卷热轧过程的多道次热轧试验对奥氏体不锈钢的氧化皮演变机制和影响因素的研究，为控制氧化皮的演变，进而优化产品质量提供理论依据。本文在THERMORESTOR-W热/力模拟试验机腔室内部的加热线圈下方，设计两辊的热轧装置；同时，在试验机的外部配置一套配气系统，气体可通过试验机的冷却系统入口进入试验机的腔室，进行氧化试验。利用上述试验系统，对铸态304奥氏体不锈钢进行多道次热轧试验，利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析氧化皮的形貌和相类型，研究了奥氏体不锈钢在多道次热轧过程中的氧化皮演变机制。基于氧化皮演变机制，开展改变加热温度和气氛的热轧试验，通过分析氧化皮形貌变化和氧化物-金属界面的近基体侧Cr浓度变化，得到了温度和气氛影响氧化皮演变的本质原因。同时，对未经热轧的试样，进行氧化，将该条件下得到的氧化皮形貌和氧化物-金属界面的近基体侧Cr浓度与热轧试样进行对比，得到了热轧影响氧化皮演变的本质原因。最后综合考虑温度、气氛以及热轧对氧化皮演变的影响，得到了控制氧化皮演变的方案。主要研究结果如下：1.奥氏体不锈钢在多道次热轧过程中，主要形成单层、块状以及层状氧化皮。对于单层氧化皮，形成过程为，表面首先形成铁的氧化物，当Cr的选择性氧化需要的动力学条件满足后，在金属基体中形成连续的Cr₂O₃层。对于块状氧化皮，其形成是由于热轧的引入使已经形成的层状氧化皮破碎为块状，因此，其中的相类型和相分布与层状氧化皮一致。对于层状氧化皮，形成过程为，首先形成铁的氧化物，随后，进行保护性氧化，此时Cr₂O₃在金属基体中以颗粒状沉淀的形式形成，当其与金属的界面近基体侧的Cr浓度低于其热力学稳定性所要求的临界浓度时，Cr₂O₃热力学不稳定发生失稳氧化，转变成稳定的FeCr2O4愈合层，之后，进入双氧化阶段，Fe向外扩散形成外氧化层，同时氧气向内扩散，发生内氧化形成Cr₂O₃。当Cr₂O₃沉淀又一次热力学不稳定时，重复以上过程，最终形成复杂的层状氧化皮。奥氏体不锈钢在多道次热轧后的氧化过程中氧化皮的演变机制为循环氧化模式，随氧化的不断进行，反复进行保护性氧化、失稳氧化以及双氧化，最终形成深入金属基体内部的复杂的层状氧化皮。2.在950～1050℃范围内，经过热轧的奥氏体不锈钢在短时间内经74.5%N₂、9%CO₂、5%O₂以及11.5%H₂O组成的混合气氧化后均形成层状氧化皮，只有950℃下，经过1道次热轧的奥氏体不锈钢被氧化后表面形成单层氧化皮。所有层状氧化皮中都存在孔洞，且升高加热温度和增加热轧道次，层状氧化皮的厚度均增加。热轧过程中，升高加热温度，氧化物-金属界面的近基体侧Cr浓度降低，更易于发生化学失效或失稳氧化，导致形成更厚的层状氧化皮。3.多道次热轧过程中奥氏体不锈钢的氧化皮的形貌与氧化气体中的水蒸汽有关，与热轧道次和加热温度无关：用含水蒸汽的气体氧化时，形成层状氧化皮，而用不含水蒸汽的气体氧化则形成单层氧化皮。增加热轧道次和升高加热温度，氧化皮的厚度均增加，但形貌不变。4.热轧显著影响奥氏体不锈钢的氧化。经过热轧的奥氏体不锈钢被混合气氧化，其截面上氧化皮形貌和未经热轧试样的相比，两者呈现不同的形貌：对于热轧试样，氧化较短时间，表面也会形成较厚的层状氧化皮，且层状氧化皮的厚度随加热温度的增加而增加；而对于未经热轧的试样，易于形成单层氧化皮，而这种氧化皮在电镜下也不易辨别。升高加热温度，试样表面的氧化皮形貌和厚度均无明显变化。5.为优化炉卷热轧产品的表面质量，可以采用避开或减弱失稳氧化的方法，包括减少金属表面的变形、降低保温炉内的温度至950℃左右以及去除保温炉中的水蒸汽。