随着汽车工业的快速发展,汽车制造业中对包括铁素体不锈钢在内的汽车用钢需求呈现多元化递增趋势,其中444型铁素体不锈钢作为制造汽车排气歧管的材料,广泛用于排气系统的高温端。伴随着欧V排放标准在欧洲的普遍实施,我国也于2010年开始实施相应级别的尾气排放标准,致使排气温度快速上升,排气歧管工作温度达到950-1050 ℃,局部工作温度甚至高达1100℃,这要求材料具有更加优良的抗高温氧化性能和耐热腐蚀性能。鉴于我国稀土资源丰富,可利用稀土金属的“活性元素”效应来改善超纯铁素体不锈钢的高温氧化性能,本文主要研究高熔点金属W及稀土 Ce元素的添加对444型铁素体不锈钢力学性能及抗氧化性能的影响。主要研究内容及结果如下:(1)测定了不同W及稀土元素添加量对444型铁素体不锈钢室温及高温下的力学性能影响。结果表明,在室温拉伸条件下,0.05wt%Ce的添加能在不降低材料强度的同时,能显著提高材料延伸率;复合添加0.05wt%稀土 Ce及1.0wt%W会使其延伸率大幅降低,无法满足使用要求。在高温拉伸条件下,稀土 Ce元素的添加对其抗拉强度影响不大,但使其高温延伸率略有降低,而W元素的添加能够提高其高温抗拉强度,也会使其高温延伸率略微下降。(2)研究了实验钢在950-1100℃下的恒温氧化行为,测定了其恒温氧化动力学曲线。结果表明,稀土 Ce的添加能显著提高其在1050 ℃和1100 ℃温度下的抗氧化性能,降低其在氧化初期的反应速率;在950 ℃及1000 ℃下长时间氧化时,添加稀土元素并复合添加0.5wt%W实验钢的单位面积氧化增重较仅添加稀土元素的实验钢略低,同时复合添加1.0wt%W的实验钢在950 ℃和1000 ℃C时能明显降低其在氧化前期的氧化速率,但当温度达到1050 ℃C及1100 ℃时,其抗氧化性能较仅添加稀土的实验钢明显要差。(3)对实验钢在不同氧化温度及不同氧化时间下的氧化膜形貌进行了观察和分析。结果表明,稀土 Ce的添加使氧化膜表面生成的氧化物颗粒更加细小、致密,在950-1050 ℃下氧化后的氧化膜几乎未出现脱落现象;复合添加Ce和0.5wt%W的实验钢与仅添加稀土 Ce的实验钢的氧化膜无明显差异,而添加了 1.0wt%W实验钢的氧化膜在冷却过程中出现了大量剥落现象。XRD物相分析结果表明,四组实验钢的氧化膜主要由Cr203和“尖晶石”类氧化物MnCr2O4组成,其中含有1.0wt%W元素的实验钢在1050 ℃下会在原有的Cr2O3层中生成较多的Fe3O4。(4)对氧化膜的截面形貌进行分析,结果表明:稀土 Ce元素的添加能够降低氧化膜的厚度,氧化膜与基体结合紧密,析出的Laves相Fe2(Nb,Mo)填充到氧化膜与基体界面处的空腔里,并以其为形核点生成Cr2O3保护膜,抑制空腔的扩大,减少氧化膜界面处缺陷的数量及尺寸;添加1.0wt%W元素时会在氧化膜与基体界面处形成大量Laves相及空腔,显著降低了氧化膜与基体的结合力。(5)在晶界处析出的Laves相Fe2(Nb,Mo)能够有效钉扎晶界,控制晶粒尺寸;稀土Ce及W元素的添加能够降低Laves相Fe2(Nb,Mo)在1000-1050 ℃下的固溶量。最终研究结果表明,添加0.05wt%的稀土元素的实验钢及同时复合添加0.5wt%W元素的实验钢,在满足室温及高温力学性能要求的同时能够显著提高材料的抗氧化性能,提高氧化膜与基体的结合力,降低了氧化反应的速率,能够满足950-1100 ℃高温下的使用要求。