碳含量對(duì)Cr25Ni20型不銹鋼耐高溫氧化腐蝕的影響

時(shí)間：2025/7/30閱讀：164

SUS310S(Cr25Ni20)屬于奧氏體型耐熱不銹鋼中的產(chǎn)品，因其優(yōu)良的耐蝕性和較好的高溫性能而被廣泛用于石油化工、電力、蒸汽鍋爐等高溫設(shè)備。

耐高溫310S不銹鋼

對(duì)奧氏體耐熱鋼來(lái)說(shuō)，抗高溫氧化腐蝕是決定材料壽命的主要因素。一般隨著溫度的升高，材料的高溫氧化腐蝕嚴(yán)重，如果鋼的表面形成了FeO，鋼的氧化速度會(huì)劇增且易剝落；而鉻和鎳可形成致密的氧化物，并與基體結(jié)合緊密，不會(huì)從材料表層脫落。奧氏體耐熱鋼中的碳在高溫下與鋼中的鉻結(jié)合形成鉻的碳化物，容易發(fā)生腐蝕。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制奧氏體耐熱鋼的碳含量。

本文選用了兩種不同碳含量的Cr25Ni20鋼進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同條件下鋼的氧化膜與金屬基體間黏附力的分析，研究了碳含量對(duì)Cr25Ni20鋼抗高溫性能的影響，為實(shí)際生產(chǎn)Cr25Ni20鋼提供理論依據(jù)。

1、試驗(yàn)材料及過(guò)程

1.1試驗(yàn)材料
將工業(yè)純鐵、電解錳、電解鎳、鉻片、碳棒、硅片按一定比例配比，在真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉出Cr25Ni20鑄坯(表1)，兩爐鑄壞只有碳含量相差較大，其他成分基本相同。將鑄坯加熱到1150℃，保溫1h后進(jìn)行鍛造，鍛造結(jié)束后進(jìn)行空冷。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程
從鍛造后的鋼環(huán)上線切割出15mm×10mm×3mm矩形試樣進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)。氧化試驗(yàn)分別在800和1100℃兩個(gè)溫度下進(jìn)行，每個(gè)溫度下氧化時(shí)間為96h。
對(duì)800和1100℃循環(huán)氧化96h的試樣，采用XRD衍射技術(shù)分析氧化膜的相組成成分；采用顯微力學(xué)測(cè)試儀和光學(xué)顯微鏡用劃痕法測(cè)量氧化膜與金屬基體的黏附力。

2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1循環(huán)氧化增重曲線
圖1所示為1號(hào)試樣和2號(hào)試樣在800和1100℃下空氣介質(zhì)中循環(huán)氧化96h后所得循環(huán)氧化增重曲線。

在800℃下，兩種碳含量的鋼均表現(xiàn)出良好的抗高溫氧化能力，即氧化初期，氧化膜在試樣表面快速形成，使得試樣質(zhì)量增加；在36h后，氧化曲線趨于穩(wěn)定，即無(wú)氧化物的進(jìn)一步生成，試樣表面氧化膜在冷熱循環(huán)過(guò)程中保持著完整性，阻止試樣的進(jìn)一步氧化，碳含量高的2號(hào)試樣的氧化增重略高于碳含量低的1號(hào)試樣。
1100℃時(shí)，相比于800℃，氧化增重曲線明顯升高，氧化初期試樣表面的氧化物大量生成，氧化增重曲線陡增；隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣的氧化增重緩慢增加，說(shuō)明在循環(huán)氧化過(guò)程中，試樣受外界溫度冷-熱循環(huán)的不斷變化而逐漸腐蝕增重。而2號(hào)試樣的氧化增重明顯高于1號(hào)試樣，說(shuō)明隨著碳含量的增加，鋼的抗高溫循環(huán)氧化能力降低，氧化膜完整性遭到更大破壞，氧化膜的剝落量增加，裸露的鋼再次氧化，鋼的耐腐蝕性能較1號(hào)樣明顯降低。
2.2氧化膜與金屬基體間黏附力分析
耐熱鋼在高溫條件下表現(xiàn)出良好的抗高溫氧化性能是由于具有保護(hù)性質(zhì)的氧化膜覆蓋在鋼種表面，阻止了氧化反應(yīng)的進(jìn)行。在高溫氧化過(guò)程中，氧化膜和金屬基體在高溫作用下發(fā)生體積膨脹，由于兩者的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致氧化膜與金屬基體間熱應(yīng)力的產(chǎn)生，隨著氧化溫度的升高，熱應(yīng)力值也不斷增加，當(dāng)應(yīng)力值大于氧化膜的強(qiáng)度時(shí)，氧化膜出現(xiàn)裂痕甚至局部剝落，氧化膜的完整性遭到破壞，裸露處新的金屬基體繼續(xù)受到氧化腐蝕，這樣即使有保護(hù)性氧化膜的產(chǎn)生依然無(wú)法阻止金屬的氧化腐蝕。因此，保護(hù)性氧化膜與基體結(jié)合力的強(qiáng)弱是判定耐熱鋼是否具有良好抗氧化性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。
采用劃痕法測(cè)試黏附力時(shí)載荷是由左向右線性施加的，隨著加載載荷的增加，氧化膜開始出現(xiàn)裂痕甚至剝落，當(dāng)基體大面積露出時(shí)，對(duì)應(yīng)的加載載荷為氧化膜黏附力。1號(hào)試樣和2號(hào)試樣在800和1100℃保溫96h后的黏附力見表2。

從表2可以看出，在相同溫度下，2號(hào)試樣的黏附力小于1號(hào)試樣，即碳含量高的奧氏體耐熱不銹鋼抗氧化能力較弱。此外，在低溫向高溫氧化轉(zhuǎn)變過(guò)程中，隨著氧化溫度的升高，熱應(yīng)力不斷增加，在熱應(yīng)力的作用下氧化膜從鋼種表面剝落，氧化膜與基體間的黏附力降低，說(shuō)明溫度對(duì)于氧化膜黏附力的影響很大，即隨著氧化溫度的升高，鋼的氧化膜黏附力均明顯下降。

3、結(jié)論

(1)800℃下，兩種碳含量的鋼均表現(xiàn)出良好的抗高溫氧化能力，在36h后，氧化曲線趨于穩(wěn)定，碳含量高的鋼的氧化增重略高于碳含量低的鋼。
(2)1100℃的循環(huán)氧化過(guò)程中，試樣受外界溫度冷-熱循環(huán)的不斷變化，試樣表面的氧化膜遭到破壞，剝落處裸露的金屬又遭到氧化，形成新的氧化膜，使得氧化增重增加。
(2)在1100℃時(shí)，含碳量高的鋼氧化增重明顯高于含碳量低的鋼，碳元素的增加會(huì)造成“貧鉻"現(xiàn)象的發(fā)生，減緩保護(hù)性氧化膜的生成，降低鋼的抗高溫氧化能力。
(4)溫度升高，氧化膜與基體的黏附力大大降低，抗高溫氧化性能也隨之減弱；碳含量的增加會(huì)降低氧化膜與基體的黏附力。

意大利GNR公司是一家專業(yè)的光譜分析儀器研發(fā)、制造企業(yè)，成立于1942年，總部位于意大利米蘭。GNR公司的發(fā)展史就是一部濃縮的光譜儀發(fā)展史，當(dāng)代的GNR公司在直讀光譜儀、X射線熒光光譜儀、油料光譜儀等領(lǐng)域繼續(xù)開創(chuàng)著新的技術(shù)。

沈樵综合在线,一区二区三区乱码,免费资源一区二区三区,91超碰碰,av极品一线天,日韩免费高清一区二区,国产蜜尤福利在线,嗯啊91在线观看,精品一区二三

碳含量對(duì)Cr25Ni20型不銹鋼耐高溫氧化腐蝕的影響

會(huì)員登錄

收藏該商鋪

提示