奥氏体耐热不锈钢310S的高温氧化行为及氧化机理

摘要

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。

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1. 绪论

1.1选题背景

1.2金属高温氧化理论

1.2.1金属抗高温氧化的意义

1.2.2金属高温氧化动力学

1.2.3耐热不锈钢高温氧化机理研究进展

1.3耐热不锈钢

1.3.1耐热不锈钢中合金元素的作用

1.3.2 耐热不锈钢的分类

1.3.3 铁素体耐热不锈钢

1.3.4 奥氏体耐热不锈钢

1.4课题提出的意义及研究内容

1.4.1课题研究目的及意义

1.4.2课题的研究内容

2.实验材料及实验方法

2.1实验材料的准备

2.1.1 310S奥氏体不锈钢试样的准备

2.1.2坩埚的焙烧

2.2实验方法

2.2.1实验装置

2.2.2实验过程及方法

2.3主要仪器及表征手段

2.3.1 金相分析（OM）

2.3.2 X射线衍射分析（XRD）

2.3.3扫描电镜及能谱分析（SEM-EDS）

3. 310S钢高温恒温氧化实验结果与分析

3.1氧化动力学分析

3.2 氧化膜微观结构分析

3.2.1 800℃时氧化膜微观结构分析

3.2.2 900℃时氧化膜微观结构分析

3.2.3 1000℃时氧化膜微观结构分析

3.2.4 1100℃时氧化膜微观结构分析

4.310S不锈钢高温循环氧化实验结果与分析

5．结论

致谢

参考文献