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310S不銹鋼

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310S不銹鋼管抗高溫氧化性能的研究

來源:至德鋼業 日期:2022-05-05 09:40:14 人氣:79

310S不銹鋼管因其良好的抗氧化性、耐腐蝕性、抗蠕變性及優良的加工性能常被用作于高溫、高壓、腐蝕等介質中的零部件,例如高溫用環形退火爐內罩。然而同等工況下,國外產310S不銹鋼管的抗氧化、耐腐蝕性及服役周期大多優于國產310S不銹鋼管,因此本文以國內、國外不同廠家產310S不銹鋼管為研究對象(國產為1#、國外產為2#),對不同廠家產310S不銹鋼管的抗高溫氧化性能進行對比性研究。國產、國外產310不銹鋼管熱軋板的化學成分相近,晶粒尺寸分別為63.5μm31.8μm。

本課題利用增重法測試310S不銹鋼管的氧化動力學曲線,利用OM、XRD、SEM、SEM-EDS表征了不同廠家產310S不銹鋼管的化學成分、顯微組織、表面氧化膜的物相組成、氧化物形貌、氧化膜截面形貌及元素分布,研究了不同廠家產310S不銹鋼管氧化動力學曲線的演變規律及其影響因素。研究了不同廠家產310S不銹鋼管氧化膜的形成機理及合金成分、組織對其作用機制。

1800℃~1100℃的氧化溫度下,不同廠家產310S不銹鋼管的氧化動力學曲線符合拋物線規律,說明合金氧化過程是由元素擴散控制的。在800℃、900℃、1100℃的氧化溫度下,2#鋼的氧化速率小于1#鋼;當氧化溫度為1000℃時,1#鋼和2#鋼的氧化速率接近,但1#鋼的氧化速率略小于2#鋼。綜合來看,2#鋼的抗氧化性能更好。

2)同一氧化溫度下,1#鋼和2#鋼表面生成的氧化膜物相組成相同,1#鋼的氧化物中Fe氧化物的含量較多,2#鋼的氧化物中保護性較好的Cr氧化物的含量更高。當氧化溫度為800℃時,1#鋼和2#鋼試樣表面的氧化膜呈片狀結構,其中2#鋼片狀氧化物的尺寸較小,排列更加緊密。當氧化溫度為900℃及以上時,試樣表面生成尖晶石結構氧化物,并隨氧化溫度的升高,氧化膜發生剝落,氧化膜結構遭到破壞,其中1#鋼氧化膜的剝落較嚴重,2#鋼的氧化膜剝落區域相對較小,剝落后的內層膜中存在孔洞或裂紋等缺陷。

3)在800℃的氧化溫度下,1#鋼和2#鋼試樣生成了薄的單層Cr2O3膜。當氧化溫度為900℃~1100℃時,氧化膜厚度急劇增加,并出現分層現象,內層是Cr2O3膜,外層是Fe3O4和尖晶石氧化物(FeCr2O4、MnCr2O4、Mn3O4)形成的固溶體。1#鋼的膜和基體界面沒有生成連續分布的SiO2層,合金發生內氧化,氧化膜延基體界面向內非均勻生長,氧化膜界面的粗糙度較大、結合程度較弱。2#鋼的氧化膜和基體界面處生成了連續的SiO2層,氧化膜厚度均勻、粘附性較好。

本文以國內外不同廠家產310S不銹鋼管為研究對象(國產為1#、國外產為2#)。在800℃~1100℃下利用增重法測試310S不銹鋼管的氧化動力學曲線,并利用XRD、SEM、SEM-EDS、OM等檢測手段,表征了不同廠家產310S不銹鋼管的化學成分、顯微組織、表面氧化膜的物相組成、氧化物形貌、氧化膜截面形貌及元素分布。研究了不同廠家產310S不銹鋼管氧化膜的形成機理及合金成分、組織對其作用機制。并得出以下結論:

1800℃~1100℃的氧化溫度下,1#鋼和2#鋼的氧化動力學曲線都遵循拋物線規律,根據瓦格納理論,說明合金的氧化增重是由元素擴散控制的。在800℃、900℃、1100℃的氧化溫度下,2#鋼的氧化速率小于1#鋼;當氧化溫度為1000℃時,1#鋼和2#鋼的氧化速率接近,但1#鋼的氧化速率略小于2#鋼。綜合來看,2#鋼的抗氧化性能更好。

2)當氧化溫度為800℃和900℃時,1#鋼和2#鋼的抗氧化性能評級為完全抗氧化性,當氧化溫度為1000℃和1100℃時,1#鋼和2#鋼的抗氧化性能評級為抗氧化性。

3)在同一氧化溫度下,1#鋼和2#鋼生成的氧化物種類相同,當氧化溫度為800℃時,合金試樣表面生成了薄的單層Cr2O3膜。當氧化溫度為900℃~1100℃時,氧化膜厚度急劇增加,并出現分層現象。氧化膜內層是Cr2O3,外層是Fe3O4和尖晶石氧化物(FeCr2O4、MnCr2O4、Mn3O4)形成的固溶體。其中,1#鋼的氧化膜中的Fe氧化物的含量較多,2#鋼的氧化膜中Cr氧化物的含量更高。

4)在800℃和900℃的氧化溫度下,1#鋼和2#鋼試樣的氧化膜結構完整,較小區域的氧化膜剝落。當氧化溫度為1000℃及以上時,1#鋼和2#鋼試樣的氧化膜剝落區域較大,其中1#鋼氧化膜的剝落嚴重,剝落后的內層膜中存在孔洞或裂紋等缺陷,2#鋼的氧化膜只發生了部分區域的剝落,氧化膜結構相對完整。

5)氧化溫度為900℃~1100℃時,1#鋼的氧化膜和基體界面沒有生成連續分布的SiO2層,合金基體發生內氧化,氧化膜沿基體界面非均勻生長,膜和基體界面的粗糙度較大、結合程度較弱。2#鋼的氧化膜和基體界面處生成了連續的SiO2層,氧化膜厚度均勻、粘附性較好。

本文標簽:310S不銹鋼管 

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