铸轧Fe--Cr--Al合金组织演变及高温氧化机理研究

摘要

铁铬铝合金其抗高温氧化性能十足优异，一直以来是电热合金的理想材料。为解决汽车尾气污染问题，Fe-Cr-Al合金现越来越多的用于汽车尾气净化器的载体部分，用来替代催化效率较低的陶瓷载体。汽车尾气净化器载体用Fe-Cr-Al合金一般需要30～100μm的合金薄带，除保证其优良的抗高温氧化性能外，还需要具有一定的成形性能。传统Fe-Cr-Al合金采用铸锭-轧制的方法生产，其过程复杂，能源消耗较大;双辊铸轧作为近终形的成形方法，取消了传统生产工艺中的铸造和热轧过程，将直接得到的薄带坯料替代传统中的热轧板进行冷轧，是一种先进、节能的生产工艺。 本文通过合理的成分设计以及添加不同含量的稀土元素La和Y，应用薄带铸轧技术制备铁铬铝合金;分析研究Fe-Cr-Al合金的显微组织、力学性能和抗高温氧化性能，为薄板坯铸轧Fe-Cr-Al合金的生产研发及应用提供依据。主要研究成果如下: (1)通过电子显微镜和电子探针对铸轧铁铬铝合金的铸带质量进行分析:铸带表面处存在较多的裂纹，内部气孔、夹渣等缺陷较多;通过热轧、冷轧、退火过程得到0.1mm厚Fe-Cr-Al合金薄带，发现原始铸带内部的合金及稀土元素氧化物在热轧、热轧退火及冷轧退火过程中并未消失，一直以缺陷形式存在。 (2)通过退火实验及常温拉伸实验研究Fe-Cr-Al合金再结晶退火过程中组织和力学性能变化规律。冷轧铁铬铝合金薄带(0.1mm)经800℃退火后，能在很短时间内发生再结晶，并获得良好的力学性能;在相同退火工艺下，加热温度1050℃与1150℃相比，两者对力学性能影响不大。 (3)通过在1000℃下空气中进行高温氧化试验，研究Fe-Cr-Al合金抗高温氧化性能。Fe-Cr-Al合金1000℃下氧化动力学曲线呈抛物线趋势;结合XRD衍射和能谱分析表明氧化温度1000℃、氧化时间100h以内的条件下，Fe-Cr-Al合金氧化膜主要由Cr2O3和Al2O3组成，Al2O3膜没有均匀的分布在氧化膜表面;在1000℃下恒温氧化48h后出现Al2O3膜剥落，氧化膜与基体粘附程度较差;添加一定含量的稀土元素Y和La可以抑制Fe-Cr-Al合金高温下晶粒的长大。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1薄带双辊铸轧工艺概述

1．2薄带双辊铸轧工艺发展概况

1．2．1国外双辊铸轧薄带技术的发展概况

1．2．2我国双辊薄带铸轧技术的发展概况

1．3铁铬铝合金概述

1．3．1铁铬铝合金特点

1．3．2铁铬铝合金应用

1．4化学元素在Fe-Cr-Al合金中的作用

1．4．1合金元素在Fe-Cr-Al合金中的作用

1．4．2稀土元素对钢组织和性能的影响

1．4．3稀土元素对Fe-Cr-Al合金的组织与性能的影响

1．5本研究的意义和内容

1．5．1研究的目的和意义

1．5．2主要研究内容

第2章铸轧铁铬铝合金成分设计与制备

2．1 Fe-Cr-Al合金成分设计

2．2铁铬铝合金薄带生产

2．2．1传统铁铬铝合金生产工艺

2．2．2铸轧生产铁铬铝合金薄带

2．3实验结果分析

2．3．1铸轧铁铬铝合金成分

2．3．2铸带显微组织

2．3．3铸带组织凝固过程分析

2．3．4铸轧铁铬铝合金薄带缺陷分析

2．4．本章小结

第3章铸轧铁铬铝合金退火过程组织演变及力学性能分析

3．1实验材料和实验方法

3．1．1实验材料

3．1．2力学性能测试

3．1．3显微组织观察

3．2 Fe-Cr-Al合金力学性能

3．3再结晶退火对Fe-Gr-Al合金力学性能的影响

3．3．1退火时间

3．3．2退火温度

3．3．3加热温度

3．3本章小结

第4章铸轧铁铬铝合金抗高温氧化性能研究

4．1．1热力学

4．1．2动力学

4．2实验材料与方法

4．3实验结果

4．3．1氧化动力学曲线

4．3．2氧化膜XRD

4．3．3氧化膜形貌

4．4 Fe-Cr-Al合金氧化膜成分分析

4．5铸轧Fe-Cr-Al合金氧化机理探讨

4．5．1氧化初期

4．5．2稳态氧化过程

4．5．3氧化膜剥落

4．6本章小结

第5章结论

参考文献

致谢