铝对铁素体耐热不锈钢高温氧化行为的影响

 为了探究不同铝含量对X10CrAlSi18铁素体耐热不锈钢高温氧化行为的影响,采用恒温氧化方法对0.63%Al 和1.06%Al(质量分数)两组钢在700 ℃空气下进行高温氧化研究,测定和计算了氧化增重和平均氧化速率,观察分析了氧化形貌与氧化物相组成。结果表明,两组钢均达到了完全抗氧化级别,但1.06%Al钢的氧化增重和氧化速率均小于0.63%Al钢,表现出较好的抗高温氧化性;两组钢氧化膜均由3层组成,内层为Al₂O₃和SiO₂,中间层为Cr₂O₃和Fe₂O₃,外层则为MnCr₂O₄和FeMn₂O₄;随着铝含量的增加,氧化膜较为连续、致密,且与基体之间附着性较好,同时内氧化明显减少。     

镍基高温合金U720Li在750℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

航空发动机涡轮盘服役温度的不断升高,对材料的抗氧化性能提出了更严苛的要求。U720Li合金是一种具有较高承温能力的涡轮盘用镍基高温合金,其长期服役温度高达750℃。阐明该合金在服役温度下的氧化行为,对延长涡轮盘的服役寿命具有重要意义。本文采用静态增重法测定了锻态U720Li合金在750℃的氧化动力学曲线,用XRD、SEM-EDS等手段分析了不同氧化阶段的氧化膜形貌、结构及元素分布。结果表明,U720Li合金在其服役温度下具有优异的抗氧化性能,在750℃的恒温氧化动力学曲线大致遵循立方规律,达到了完全抗氧化级别。分析认为,U720Li合金在氧化初期生成了疏松的γ-Cr₂O₃,随着氧化的进行,γ-Cr₂O₃层不断剥落,氧化膜变得更加连续致密并形成复杂多层结构,且在氧化膜附近基体内形成γ’贫化层。在稳定氧化阶段,氧化膜更加连续致密并形成规整的双层结构,包括致密的α-Cr₂O₃外氧化层和α-Al₂O₃内氧化层。连续致密的...     

核能用2.25Cr-1Mo钢水蒸气氧化行为

 为了研究核电用2.25Cr-1Mo钢的抗蒸汽氧化性能,在500 ℃、0.1 MPa水蒸气条件下,对2.25Cr-1Mo耐热钢进行了600 h的氧化试验,利用分析天平测定样品氧化增重,获得氧化动力学曲线,通过扫描电镜观察分析了氧化膜的形貌和结构,结合X射线衍射和能谱分析对氧化产物进行物相分析。试验结果表明,2.25Cr-1Mo耐热钢的氧化增重曲线符合立方规律;氧化膜为双层结构,氧化膜内层较为致密的主要物相为(Fe,Cr)₃O₄尖晶石,氧化膜外层疏松多孔主要物相为Fe₃O₄和少量Fe₂O₃;腐蚀速率测定结果表明,该材料具有较好的抗蒸汽氧化性能。     

Cr含量对TiB2/FeCr基复合材料显微组织和高温氧化行为的影响

采用原位合成法制备了TiB₂/FexCr基(x=0、4、10、16、22、28,质量分数/%)复合材料,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法,对TiB₂/FeCr基复合材料的显微组织和高温氧化行为进行表征分析。当Cr含量为22%时,复合材料呈现出优异的抗高温氧化性能,其富Cr细密片层状TiB₂在900℃氧化过程中促进了连续Cr₂O₃/TiO₂混合层的形成,获得了金红石型TiO₂表层、致密Cr₂O₃中间层和Cr₂O₃/TiO₂混合层的三层阻隔结构,有效地抑制了钛离子和氧离子的扩散。     

Fe-Cr钢在空气中的氧化行为

 为了测定不同质量分数的铬元素对钢高温氧化行为的影响,采用热重法对Fe-5Cr钢与Fe-10Cr钢在800～1 200 ℃下进行高温氧化研究。建立了两钢种的氧化动力学模型,计算出了两钢种的激活能。利用金相显微镜和X射线衍射对两钢种氧化后的断面形貌和物相进行了分析。结果表明,两钢种的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,Fe-5Cr钢的激活能小于Fe-10Cr钢。800 ℃下,Fe-5Cr钢生成不连续的氧化铁皮,Fe-10Cr钢氧化铁皮极少部分形核。900～1 200℃下,氧化铁皮结构由外向里依次为Fe₂O₃、Fe₃O₄和Cr₂O₃。由于Cr₂O₃的阻碍作用,氧化铁皮中没有发现FeO。由于高温和高氧分压,Cr₂O₃失效,导致两钢种在1 000～1 200 ℃下具有相似的氧化速率。     

溶胶-凝胶技术提高不锈钢抗高温氧化及铝合金阳极氧化膜的耐蚀性能

采用溶胶-凝胶法在不锈钢基体表面制备ZrO₂和Al₂O₃涂层,并对铝合金阳极氧化膜进行封孔处理.采用高温循环氧化法研究ZrO₂和Al₂O₃涂层抗高温氧化性能,通过电化学阻抗谱和剥蚀法分析溶胶-凝胶法封孔后铝合金氧化膜的耐腐蚀性能.结果表明:ZrO₂和Al₂O₃涂层的抗高温氧化性能随涂层厚度增加而提高;铝合金阳极氧化膜的耐腐蚀性能也随封孔次数的增加而提高,但当封孔处理超过8次后,阻抗值和腐蚀程度基本不随封孔次数发生变化;实施相同次数封孔处理后,Al₂O₃溶胶的封孔效果略优于ZrO₂溶胶的封孔效果.      

铬元素添加对热轧低碳钢高温氧化行为的影响

 为了研究铬元素和加热工艺参数(加热温度、保温时间)对热轧低碳钢表面氧化铁皮形成过程的复合作用,采用热重分析法研究了铬含量对低碳钢在1 100~1 250 ℃空气中氧化行为的影响规律,计算了氧化速率常数,并对比了不同试验条件下氧化铁皮的物相组成、显微结构以及微区元素占比。结果表明,所有氧化过程均呈现两阶段特征,即初期氧化动力学曲线呈线性规律,中后期逐渐转变成抛物线规律,而从线性到抛物线转变所需时间会随着钢中铬含量的升高而缩短;同时,铬元素添加后氧化铁皮的结构由最外侧的Fe₂O₃层、中间的Fe₃O₄层和FeO层以及靠近基体的富铬尖晶石(FeCr₂O₄)层组成,FeCr₂O₄层在氧化过程中通过阻碍铁离子和电子的外扩散,降低了氧化速率,从而显著提高低碳钢的抗高温氧化性能。     

电解液中Li2SO4对ZAlSi12合金微弧氧化膜特性的影响

采用微弧氧化技术在ZAlSi12合金表面制备氧化膜,研究了Li₂SO₄的加入对微弧氧化膜性能的影响.随着电解液中Li₂SO₄含量增加,试样表面氧化膜变厚且粗糙.X射线衍射分析表明,微弧氧化膜主要由Al₂O₃相和莫来石相组成.加入Li₂SO₄且经微弧氧化处理得到的试样耐腐蚀性能优于未经微弧氧化处理的试样.      

硼对奥氏体不锈钢高温氧化性能的作用机理

采用氧化增重法研究了B对0Cr25Ni20B钢的高温抗氧化性能的影响,通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析和X射线衍射等方法分析了0Cr25Ni20B钢高温氧化膜的形貌、组成结构及元素分布等,揭示了B对其高温氧化性能的作用机理。结果表明,在高温氧化过程中,加入0.4%的B可以促使耐热钢板材表面形成致密的氧化物薄膜,形成的硼酸盐(Fe₃BO₆)能够抑制氧化行为的深入发展,对材料的抗高温氧化性能有增益作用。     

超临界机组T91钢管蒸汽侧氧化膜特征和脱落机制的分析

通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对超临界机组571.5℃蒸汽服役28 800 h的T91钢（/%:0.10C,0.35Si,0.43Mn,7.85Cr,0.81Mo,0.24V）Φ90 mm×10 mm管材氧化膜的成分、相组成、形貌和脱落机制进行了分析和研究。结果表明,T91钢氧化膜厚度约为307.3μm,呈现多层复杂结构,扩散层为Cr₂O₃和基体晶粒的混合物,内氧化层为FeCr₂O₄,中间氧化层为FeCr₂O₄和Fe₂O₄的混合物,外氧化层为Fe₃O₄和Fe₂O₃。FeCr₂O₄和Fe₃O₄的界面处存在大量孔洞,在热应力作用下,外氧化层极易开裂和脱落。     

过/再热器管道高温蒸汽氧化相图计算

 为了研究过/再热器管道内壁普遍存在与高温蒸汽反应导致的氧化现象,利用Thermo-Calc相图计算软件对几种钢质管材在不同环境下的氧化产物进行了理论分析。结果表明,对高温蒸汽环境的调控应该与管材材质相关联考虑;耐热钢材质的变化不改变氧化层的宏观结构,但可以改变氧化物组成;从T23、P91到TP347,氧化层中FeCr₂O₄致密氧化物质量分数增加,其抗氧化性能递增。德国新近研发的HiperFer17Cr5耐热钢,可以在较宽的氧分压范围内形成以FeCr₂O₄为主的致密氧化层,且通过添加钨、铌兼具更好的高温强度,具有较好的应用前景。     

HRB400螺纹钢的高温氧化行为及动力学

为了优化HRB400螺纹钢氧化皮结构,以提高耐蚀性能,采用热重法研究了试验钢空气条件下在800、850、900、950、1000和1050℃温度下的氧化行为,建立了氧化动力学模型,计算出试验钢的氧化激活能,借助扫描电镜(SEM)分析和确定氧化皮结构和组成.结合螺纹钢的实际生产情况讨论了螺纹钢氧化皮形成规律,建立了螺纹钢...     

Cu enrichment behavior at steel-scale interface during high temperature oxidation of Cu containing steel

In order to suppress the surface cracking induced by Cu during reheating and hot rolling process,Cu enrichment and its migration at the steel-scale interface was investigated during heating of steel cast at temperatures between 1000℃and 1200℃in N₂-O₂ and N₇-H₂O atmospheres.For oxidation of Cu containing steel,Cu enriched phase was formed by the preferential oxidation of Fe and the enrichment and migration behavior of Cu depends on the oxidation temperature,steel chemistry and atmosphere condition.Ni in steel induced the formation of solid Cu and Ni enriched phase at steel/scale interface and in scale layer and the formation of uneven steel/scale interface, which suppresses the Cu enrichment because of extrusion of Cu enriched region before the formation of liquid phase.On the other hand,Sn addition promotes the liquid Cu formation at steel/scale interface and penetration into grain boundary of Cu enriched phase by decreasing solidus temperature and solubility limit.In addition,for oxidation at 1 200℃,the behavior of Cu at and around the steel-scale interface was found dependent to a large extent on morphology of the oxide scale formed during oxidation.At the early stage of oxidation,Cu-rich phase formed and accumulated at the steel scale interface under both O₂-N₂ and H₂O-N₂ atmospheres.As the oxidation proceeded,however,Cu enrichment at and its migration from the steel-scale interface were vastly different for different oxidizing atmospheres.In the case of O₂-N₂ oxidation,an oxide layer formed initially at the steel surface, but soon after a gap was developed at the steel-scale interface and grew in its size,which practically separated the scale from the steel substrate.The scale layer formed under this condition was porous.The Cu-rich phase initially formed at the interface was found migrating to the scale layer,leaving no Cu-rich phase at the interface.In the case of H₂O-N₂ oxidation,however,the scale layer formed was dense and tightly attached to the steel surface,and the Cu rich-phase continued to accumulate at the interface.Regarding the behavior of Cu-rich phase formed at the interface,it is proposed with experimental evidences that,when a gap forms at the steel-scale interface,it is the vaporization of Cu in the Cu-rich phase through the gap that brings Cu to the scale.     

低温取向硅钢硅酸镁底层形成过程

 取向硅钢硅酸镁底层是产品结构的重要组成部分,低温取向硅钢底层的控制是难点,也是限制产品性能提升的瓶颈。以往对取向硅钢硅酸镁底层的形成研究较少,高磁感取向硅钢薄规格化高性能产品开发及品质提升缺乏理论支撑。为此,采用高温退火中断试验法对低温取向硅钢硅酸镁底层的形成过程进行了模拟,研究了底层的微观结构、成分特征的演变规律,明确了硅酸镁底层在高温退火过程中的反应形成过程。温度约为900 ℃时,样品表面开始发生Mg₂SiO₄颗粒的形核,随着温度继续升高,Mg₂SiO₄晶核不断长大;温度约为1 050 ℃时,样品表面的Mg₂SiO₄开始致密化,温度约为1 100 ℃时,表层硅酸镁的致密化基本完成,硅酸镁底层形成的关键温度为900～1 100 ℃。另外,研究中发现,在硅酸镁底层的下方生成的Al₂O₃·MgO尖晶石颗粒连结基体和Mg₂SiO₄,形成了“钉扎”结合层。硅酸镁底层形成过程MgO中的Mg2+由表面向氧化膜内扩散并与SiO₂反应,同时氧化膜内SiO₂发生熟化,1 000 ℃以上基板中的AlN分解释放出的铝则向氧化膜交界及通过氧化膜向表面扩散与Mg₂SiO₄等反应形成尖晶石。优良的底层结构形成是由原脱碳退火氧化膜表层1 μm左右形成致密的Mg₂SiO₄,其余2～3 μm厚度转化成一定数量的椭球Al₂O₃·MgO的尖晶石“钉扎”结合层,其主要控制方向为提高氧化膜活性、选用高活性MgO、添加低熔点反应助剂等。     

硅钢高温氧化铁皮的显微结构表征

利用电子探针面分析、状态分析及电子背散射衍射相分析技术研究硅钢高温氧化铁皮的显微结构。电子探针面分析可以直观的看出元素的分布状态,初步判断氧化铁皮的结构,而状态分析可以准确表征常规氧化铁皮中铁元素的状态,对于合金元素富集区域则通过电子背散射衍射相分析技术来标定。结果表明,高温氧化铁皮的结构主要有4层,即最外层为厚度约为10 μm的Fe₂O₃相,次外层为Fe₃O₄相,中间层为FeO相上分布有颗粒状的Fe₃O₄相,最内层为FeO相和Si元素富集的Fe₂SiO₄相。其中Fe₂SiO₄层的分布特征与加热温度密切相关:1 100 ℃时,Fe₂SiO₄相呈颗粒状,弥散分布在FeO层;1 200 ℃时,Fe₂SiO₄相呈液态,侵入基体和疏松的FeO层,且沿着FeO晶界呈网状分布。     

新型高硅奥氏体耐热不锈钢TD305B的高温抗氧化性

采用增重法研究了高硅奥氏体耐热不锈钢TD305B(/%:0.05C、3.30Si、0.80Mn、19.50Cr、13.30Ni、0.05N)和传统耐热不锈钢SUS310S(/%:0.05C、0.60Si、0.80Mn、24.60Cr、19.10Ni、0.05N)在500～1 000℃空气中氧化性能,通过扫描电镜及能谱分析(EDS)对试样表面氧化膜的形貌进行了分析。结果发现,在700～1 000℃新型高硅耐热不锈钢TD305B较传统耐热不锈钢SUS310S抗氧化性好,主要是由于TD305B钢除了在高温时基体与氧容易形成FeO·Cr₂O₃和FeCr₂O₄、NiCr₂O₄等保护性氧化膜外,还由于含有一定量的硅,在距表面20μm处形成了一层SiO₂阻止了氧化的进一步加剧,使得TD305B钢具有良好的耐高温氧化性能。