310S不銹鋼

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310S不銹鋼氧化膜的表面組成及形貌和氧化動力學曲線分析

來源:至德鋼業 日期:2019-11-01 06:35:17 人氣:187

  310S不銹鋼在700、800、900、1000℃下氧化3小時的增重曲線,可看出,310S不銹鋼在1000℃下的恒溫氧化動力學曲線基本符合拋物線規律。在同一溫度下,氧化增重隨著氧化時間的延長而不斷增加;在氧化時間相同的情況下,氧化增重隨著氧化溫度的升高而不斷增加。在氧化開始2小時內,氧化速率較高,這是因為在氧化膜形成初期,氧氣直接與試樣表面接觸,氧化速率受化學反應控制。隨著氧化時間的增加,氧化速率逐漸降低并趨于平穩,這是由于試樣表面形成的一層氧化膜阻止了試樣的繼續氧化。3小時時不同溫度下氧化增重分別為0.14、0.34、0.65、1.23mg/cm2,這是因為在氧化膜生長過程中,影響其氧化速率的是不銹鋼的元素通過氧化膜會固態擴散。根據平均氧化速率的評級標準,在700、800、900℃下,310S不銹鋼為“完全抗氧化級”;在1000℃下,310S不銹鋼為“抗氧化級”。310S不銹鋼的氧化行為符合拋物線氧化模型。利用軟件對各溫度下的氧化增重數據進行圖形擬合,經擬合得到形成的氧化動力學曲線方程,是與氧化溫度有關的參數,該曲線為類拋物線曲線。擬合結果如圖所示,擬合相關系數分別為:0.9425、0.9002、0.9575和0.9523,在各個氧化溫度下,各個氧化數據點的擬合結果顯示,擬合相關系數在0.9~1,擬合效果良好。



  310S不銹鋼試樣在不同的溫度下氧化3小時后的表面形貌如圖所示??煽闯?,在700℃時,目測試樣表面呈金黃色和藍黑色,試樣發生了輕微的氧化,氧化物顆粒大小不一,氧化不均勻,并且氧化物顆粒只是彌散的分布在基體氧化表面。800℃時,目測試樣的氧化表面是黑色的氧化膜,氧化膜較疏松,但是氧化物顆粒均勻,氧化膜完整緊密的覆蓋在基體表面。900℃時,目測試樣的表面是黑色的氧化膜,試樣表面出現較致密的少量的顆粒狀氧化物,部分氧化物顆粒較大。1000℃時,目測試樣的表面呈深灰色,氧化物顆粒密密麻麻并且均勻的分布在試樣表面,且氧化物顆粒均勻增大,以顆粒為主,有少量的孔。這可能是由于在冷卻過程中,由于溫度驟然下降使得氧化膜變形所引起的??傊?,隨著氧化溫度的升高,氧化層不斷加厚、氧化物尺寸逐漸增大,并最終在1000℃時形成四面體晶粒。圖為700℃下恒溫氧化3小時后310S不銹鋼試樣的橫截面形貌??煽闯?,在700℃時,310S不銹鋼氧化層厚度約為10μm,氧化層可分為內外兩個。用能譜儀分析試樣表面的金屬元素的平均含量,可知內氧化層為Cr、Fe和Ni的氧化物;外氧化層為Fe、Cr元素但Fe元素含量增加而Cr元素含量減少。在800、900、1000℃時,氧化膜厚度變化基本不大,大約為10μm;Fe、Cr元素變化趨勢同700℃下相近,并且外氧化層在1000℃時出現了Mn元素和Ni元素。這是由于高溫氧化條件下,試樣中的Cr元素沿晶界向外傳輸能力強,并且與氧的結合能力強;Fe元素雖然擴散速率較大,但與氧的結合力卻不如Cr元素。這與文獻[15]闡述的觀點一致。Cr氧化物很好的致密性能有效阻止進一步氧化,使310S不銹鋼具有很好的高溫抗氧化性能。1000℃時氧化層外層開始出現Mn、Ni元素,且隨著氧化時間的推移有增大的趨勢,這是由于在長期超高溫作用下,310S不銹鋼內部的Mn、Ni元素在氧化層中發生擴散。


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