奥氏体不锈钢超高温氧化失效机理研究

万方数据

５４郑州大学学报（工学版）２００９年

分测量在Ｐｈｉｌｉｐｓ公司ＥＤＡＸＰＶ９１００／７０能谱仪（ＥＤＳ）上进行．

２实验结果与讨论

在实际应用中，奥氏体不锈钢ＲＯＦ内罩的失效报废的原因主要是由于材料的脆化和强度的降低所导致变形等．从外观上看，表面的氧化程度并不十分严重，但是材料的厚度会有明显的减薄现象．图１（ａ）为奥氏体不锈钢ＲＯＦ内罩外壁与煤气燃烧介质接触表面的氧化腐蚀层的ＳＥＭ形貌特征．宏观上看，表面有一个已经失效即将脱落的氧化层，接下来为一个约１ｍｍ以上的分布有大量氧化腐蚀坑的过渡层，腐蚀坑随距表面越远数量减少．在高倍下观察（图１（ｂ）），氧化膜具有明显的多膜层结构，即：最外面为疏松的，即将剥落的氧化失效层；与基体表面相连的是一个颗粒过渡层；特别要注意的是，在疏松氧化皮与颗粒层之间有一个相对致密的，宽度只有几微米的“夹层”．氧化膜下面是一个有大量腐蚀坑的基体，其中在奥氏体晶界上的腐蚀坑要大一些，并且有析出物析出和沿晶开裂的特征．

圈１氧化膜层结构ＳＥＭ形貌图

Ｆｌ譬．１ＳＥＭｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｆｄｍｌａｙｅｒｓ

ｉｎｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｃａｌｅ

ＥＤＳ化学成分测量显示（图２，表２），外层疏松的氧化皮除含Ｃｒ元素外，还含有大量的Ｆｅ和Ｎｉ元素．而紧接着的“夹层”中几乎没有Ｆｅ和Ｎｉ元素（其中的ｓｉ可能来自于颗粒成分），说明它是一个纯的Ｃｒ２０，氧化物层；过渡层中的小颗粒主要含Ｓｉ和０元素，表明其为ＳｉＯ，颗粒．另外，基体中晶界上的析出物含有将近各占５０％的ｃｒ和Ｆｅ元素，Ｎｉ含量很低，它可能是盯（ＣｒＦｅ）相．

图２氧化皮各膜层元素分布圈

Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

Ｉｎｔｈｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｓｃａｌｅ

裹２氧化皮各膜层化学成分质量分数

Ｔａｂ．２Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｃａｌｅ

ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＦｉｇ．２％

一般认为，高温下生成保护膜的氧化反应与合金元素与氧元素的亲和力有关．图３是金属氧势图，表示了不同温度下金属元素发生氧化所需的氧压¨¨．可以看出ｓｉ较ｃｒ更易与Ｏ结合形成氧化物．作者所用的ＹＵＳ７０１型奥氏体不锈钢材料，其在材料设计时加入了较多的Ｓｉ（＞２％），也是为了提高其抗高温氧化性能的目的．其基本的原理是：首先在材料表面形成一层ＳｉＯ，氧化层，然后再生成Ｃｒ２０，氧化层，这种紧密的双层膜能有效地起到将金属与气体基体表面生介质隔离的阻挡层作用，从而起到抗高温氧化的作用．

在高温长期服役过程中，氧化膜的进一步长万方数据

万方数据

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奥氏体不锈钢超高温氧化失效机理研究

作者：黄亚敏， 吴佑明， 潘春旭， HUANG Ya-min， WU You-ming， PAN Chun-xu

作者单位：黄亚敏,潘春旭,HUANG Ya-min,PAN Chun-xu(武汉大学,物理科学与技术学院,湖北,武汉,430072)， 吴佑明,WU You-ming(武汉钢铁公司,金属结构公司,湖北,武汉,430081)

刊名：

郑州大学学报（工学版）

英文刊名：JOURNAL OF ZHENGZHOU UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENCE)

年，卷(期)：2009,30(1)

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