高温抗氧化性能作为耐热钢的一个重要性能指标,已经被众多研究者关注。钢中特殊合金元素是改善和提高合金抗氧化性能的重要原因,在保证基本性能的前提(tí)下,合适地加入合金元(yuán)素是改善和提高合金抗氧化性能的重要(yào)原因,合金元素的合适加入能在钢表面(miàn)形成不同的致密氧化膜,从而提高其高温抗氧化性。
耐热不锈钢310S是高铬高镍奥氏(shì)体不锈钢,其不(bú)仅具有优良的耐蚀(shí)、力学性(xìng)能,同时也具有优异的高温耐氧化性、抗蠕变性。因此,被广泛应用(yòng)在各种高温炉、特殊环境的高温部(bù)件等。
关于(yú)耐热不锈钢310S的高温氧化机制,目前已经有了研究。太原钢铁集团的研(yán)究人(rén)员通过研究310S在空气中的高温氧化试(shì)验来评定其(qí)高(gāo)温氧化性能,在分析氧化动力学增重曲线的基础上,研究其氧化膜(mó)的形貌、分布(bù)、结构,并对其形成机制进行了解释。
试验样(yàng)品取自太钢奥氏体耐热不(bú)锈钢310S热板,化学成分见下表(质量分数,%):C0.055,Si0.50,Mn1.03,Cr25.52,Ni19.25。
将样品切割成30mm×15mm×4mmm,每个试验点使用3个平行样,对(duì)试样进行研磨,经水砂纸打磨除去表面氧化皮及(jí)线切割加工痕迹,然后用乙醇清(qīng)洗吹干。准备与试(shì)样相同数(shù)量的(de)坩埚,进行编号,用电阻加(jiā)热炉对其进行烘烤,使坩埚中(zhōng)的残留物质充分发挥,质量恒定。将高温氧化的试样直接置于坩(gān)埚(guō)中,一同(tóng)放(fàng)入箱式电阻炉中进行高温氧化。试(shì)验气氛(fēn)为(wéi)空气,氧化温度分(fèn)别为800、900、1000℃;每个试样处理时间分(fèn)别为20、40、60、80、100、120、140h。氧(yǎng)化完成后称(chēng)重并记录,称重仪器为电子分析天平。高温氧化试验结束后,用X射线衍射仪对氧化产物进行(háng)物相分析,用扫描电子(zǐ)显微镜、能(néng)谱仪分析氧化膜的表(biǎo)面形貌。分析结果表明:
(1)耐热不(bú)锈钢310S在800、900、1000℃下(xià)表现出很好的抗氧(yǎng)化性。各温度下随着时间的延长,均有不(bú)同程度氧化增重的趋势,但随着时间延长氧化趋(qū)势减缓。同时随着温度的升高,氧化速率增快。
(2)氧化膜由外层致密的尖(jiān)晶石MnCr2O4、Cr2O3和内层的SiO2组成,随温度升高,MnCr2O4衍射(shè)峰增强(qiáng),生成物增多。3层致密的(de)结构加上氧化物本身的良好抗氧化性能,使耐热不锈钢310S整体表现出很好的抗高温氧化性。
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