310S耐熱不銹鋼高溫循環氧化性能

2018-01-05   來源:中國聯合鋼鐵網
310S耐熱不銹鋼(簡稱310S)是奧氏體鉻鎳不銹鋼,鋼中Ni、Cr含量高,具有良好耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿性能,尤其是耐高溫氧化性能非常優異,在核電、航空航天、軍工、石油化工等行業均有廣泛應用。高溫環境中結構材料暴露侵蝕是310S失效的主要原因。此前,國內外的研究集中在310S熱變形、再結晶規律及合金元素對鋼抗氧化性能改善和提高方面。實際應用中,310S并非在恒溫狀態下使用,其使用環境長期處于高低溫不斷變化的狀態,會有中間相析出,其氧化鐵皮結構及性能也會有所不同。本工作通過高溫循環氧化試驗進行研究,探討循環氧化機理。 產品取自某鋼廠生產的310S,鋼的化學成分(質量分數,%)為:0.067C,24.47Cr,19.14Ni。連鑄坯厚度為220mm,熱軋產品厚度為6mm,固溶處理后切成30mm×15mm×4mm尺寸試樣,研磨并用水砂紙打磨去除表面氧化皮及線切割加工痕跡,乙醇清洗吹干,放入經充分烘烤的坩堝。120℃烘烤1h,冷卻后整體稱重,放入電阻加熱爐進行高溫循環氧化實驗。實驗溫度分別為:800、900、1000、1100、1200℃,加熱時間分別為20、40、60、80、100、120、140h,循環間隔時間20h。采用SEM、XRD、EDS對高溫循環氧化生產物進行分析。實驗結果表明: (1)310S高溫循環氧化隨著溫度和時間增加,氧化增重呈現拋物線性規律,60h以內增重明顯。 (2)高溫循環氧化20h時試樣表面有片狀Cr2O3生成,隨著時間增加,試樣表面的片狀組織變得粗大、分布密度逐步降低;140h時鋼板表面全部被FeO·Cr2O3和MnCr2O4所覆蓋。 (3)高溫循環表面氧化物分為3層,外層為FeO·Cr2O3和尖晶石結構的MnCr2O4氧化膜,中間層為Cr2O3,內層為SiO2;內層的SiO2薄膜會阻礙氧原子向基體擴散,進一步增強了310S的耐氧化性能。 (4)溫度在1000℃以下時SiO2氧化膜致密,超過1000℃時致密的SiO2氧化膜會遭到破壞,高溫氧化速率增加。耐熱不銹鋼氧化過程受擴散過程控制,鋼的激活能越大,耐高溫氧化性能越好。
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