奥氏体耐热不锈钢310S的高温氧化行为及氧化机理
目前，火力发电仍是我国最主要的发电方式，而大容量、高参数的“超超临界发电”更是成为了提高火力发电效率的有效途径。这对火力发电机组材料的性能提出了更高的要求，因此对火力发电机组用钢的研究就显得非常重要。本文以奥氏体耐热不锈钢310S为研究对象，对其在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃下的恒温氧化和循环氧化行为分别进行了研究，并采用OM、SEM、EDS、XRD等表征手段，对氧化膜的组织和结构进行了分析，依据氧化热力学和动力学对其氧化机理进行了深入探究，掌握了310S不锈钢的高温抗氧化性能，研究结果对已用于火力发电机组锅炉用的310S钢的进一步推广应用奠定了理论基础。研究得到的主要结果如下： 310S不锈钢在800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃各温度下恒温氧化和循环氧化的动力学曲线均符合抛物线定律，即Wagner氧化理论。说明310S钢具有良好的耐高温氧化性能，当氧化温度升高时，其氧化速率和氧化增重不断增加；当氧化时间增长时，其氧化速率不断减小，直到氧化后期基本趋于平稳。 310S奥氏体耐热不锈钢在各温度下的氧化产物均为片状或棒状的Cr2O3和八面体状的MnCr2O4，且随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，Cr2O3的含量不断减少，MnCr2O4的含量不断升高。310S奥氏体耐热钢在各温度下的氧化膜出现了分层现象，外层由尖晶石结构的MnCr2O4组成，中间层由Cr2O3组成，内层由深入基体的内氧化而产生的SiO2组成。且随着氧化温度的升高，氧化膜厚度不断增加，当温度为1100℃时，Cr2O3也出现了一定程度的内氧化。 310S不锈钢在800℃至1200℃的恒温氧化和循环氧化时，均具有良好的耐高温氧化性。氧化生成致密的MnCr2O4，Cr2O3和SiO2能够阻止氧化的进一步进行。但由于内层的SiO2不连续且易产生深入基体的内氧化，故氧化膜局部出现裂纹或脱落现象。各温度下，循环氧化与恒温氧化生成的氧化产物及表面形貌均类似，只是循环氧化时表面起伏较大，且尖晶石结构的MnCr2O4含量较高，说明该钢具有良好的耐循环氧化性能。 由金相组织分析可知，高温氧化后310S不锈基体晶粒迅速长大，且有第二相析出。在800℃、900℃时析出大量第二相，部分沿轧制方向分布，可能为σ相或碳化物；而1100℃和1200℃时，内氧化产生的微量氧化物在晶界上分布数量明显减少。
奥氏体耐热不锈钢;高温氧化;氧化膜;组织结构;抗氧化机理
西安建筑科技大学
硕士
冶金工程
邹德宁
2017
中文
TG142.25
67
2018-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）