310S耐熱不銹鋼高溫循環(huán)氧化性能

      310S耐熱不銹鋼（簡稱310S）是奧氏體鉻鎳不銹鋼，鋼中Ni、Cr含量高，具有良好耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿性能，尤其是耐高溫氧化性能非常優(yōu)異，在核電、航空航天、軍工、石油化工等行業(yè)均有廣泛應(yīng)用。高溫環(huán)境中結(jié)構(gòu)材料暴露侵蝕是310S失效的主要原因。此前，國內(nèi)外的研究集中在310S熱變形、再結(jié)晶規(guī)律及合金元素對鋼抗氧化性能改善和提高方面。實(shí)際應(yīng)用中，310S并非在恒溫狀態(tài)下使用，其使用環(huán)境長期處于高低溫不斷變化的狀態(tài)，會有中間相析出，其氧化鐵皮結(jié)構(gòu)及性能也會有所不同。本工作通過高溫循環(huán)氧化試驗(yàn)進(jìn)行研究，探討循環(huán)氧化機(jī)理。

產(chǎn)品取自某鋼廠生產(chǎn)的310S，鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：0.067C，24.47Cr，19.14Ni。連鑄坯厚度為220mm，熱軋產(chǎn)品厚度為6mm，固溶處理后切成30mm×15mm×4mm尺寸試樣，研磨并用水砂紙打磨去除表面氧化皮及線切割加工痕跡，乙醇清洗吹干，放入經(jīng)充分烘烤的坩堝。120℃烘烤1h，冷卻后整體稱重，放入電阻加熱爐進(jìn)行高溫循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度分別為：800、900、1000、1100、1200℃，加熱時間分別為20、40、60、80、100、120、140h，循環(huán)間隔時間20h。采用SEM、XRD、EDS對高溫循環(huán)氧化生產(chǎn)物進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）310S高溫循環(huán)氧化隨著溫度和時間增加，氧化增重呈現(xiàn)拋物線性規(guī)律，60h以內(nèi)增重明顯。

（2）高溫循環(huán)氧化20h時試樣表面有片狀Cr2O3生成，隨著時間增加，試樣表面的片狀組織變得粗大、分布密度逐步降低；140h時鋼板表面全部被FeO·Cr2O3和MnCr2O4所覆蓋。

（3）高溫循環(huán)表面氧化物分為3層，外層為FeO·Cr2O3和尖晶石結(jié)構(gòu)的MnCr2O4氧化膜，中間層為Cr2O3，內(nèi)層為SiO2；內(nèi)層的SiO2薄膜會阻礙氧原子向基體擴(kuò)散，進(jìn)一步增強(qiáng)了310S的耐氧化性能。

（4）溫度在1000℃以下時SiO2氧化膜致密，超過1000℃時致密的SiO2氧化膜會遭到破壞，高溫氧化速率增加。耐熱不銹鋼氧化過程受擴(kuò)散過程控制，鋼的激活能越大，耐高溫氧化性能越好。