CSP(Compact Strip Production)技术是当今钢铁工业的前沿技术之一,它实现了钢材从钢水到成品的连续、自动化生产,武钢已于2009年引进投产。在CSP生产线中,用于转运高温钢坯的炉底辊属于其中的关键设备,工作温度可达1050~1250°C,因而对设备及其零部件的材料有极高的要求。22Co-21Ni-29Cr-2.2Nb-Fe合金(以下简称Co22合金)为本课题组开发的一种用于制作炉底辊辊环的新型耐热合金材料,其有优良高温力学性能、抗腐蚀性能以及相对低廉的成本,但对于该合金高温抗氧化性能的研究还相对欠缺。本文在承接已有的研究基础上,对Co22合金的恒温氧化行为和循环氧化行为进行了研究,并对合金的高温氧化机理进行了分析研究。对不含Si和Mn的Co22基体合金在1050、1150和1250°C的恒温氧化行为进行了研究,通过称重法获得了合金的恒温氧化动力学规律,并利用XRD、扫描电镜和能谱分析对氧化膜进行了分析。Co22基体合金在1050、1150和1250°C下的氧化动力学曲线均较好的遵循着二次抛物线规律,氧化速率常数分别为1.02×10-10、5.13×10-10和2.95×10-9 g2cm-4s-1。三种温度下形成的氧化膜均由Cr2O3,(Fe,Ni,Co,Cr)3O4尖晶石和少量的CrNbO4构成,其中Cr2O3紧贴着基体表面形成了连续致密的氧化层,(Fe,Ni,Co,Cr)3O4尖晶石分布于Cr2O3层的外侧,并可形成连续的尖晶石氧化层,但未能起到有效的保护作用。氧化膜的生长过程可分为三个阶段,首先为Cr2O3氧化膜的优先形成与生长,氧化一段时间以后,Fe、Co和Ni等元素大量参与到氧化过程并在氧化层外表面形成尖晶石以及沿基体晶界分布的、凸起的氧化物颗粒混合区,最后在氧化膜外侧形成了疏松多孔的(Fe,Ni,Co,Cr)3O4尖晶石外氧化层。对三种不同Si和Mn含量的Co22合金在1050°C的循环氧化行为进行了研究,获得了合金60个循环(1h氧化,30min冷却)下的循环氧化动力学规律,并分析研究了氧化膜的形貌与成分。三种合金试样的重量在氧化前期均以近似抛物线的形式增长并在一段时间后出现首次失重,随后,含1.5wt.%Si、1.0wt.%Mn的Co22合金的重量以似直线的形式随循环次数的增加而缓慢增加,而含1.5wt.%Si、2.0wt.%Mn的Co22合金的重量呈直线形式缓慢减少,含0.5wt.%Si、2.0wt.%Mn的Co22合金在后期出现灾难性氧化,其重量也以两段直线的形式急剧下降(先快后慢)。合金在氧化后形成的保护性氧化膜均以连续的Cr2O3为主体,在内侧有不连续的SiO2形成并分布在氧化膜/基体界面处甚至侵入到基体中,而在外侧有成分复杂的尖晶石(含Cr、Mn、Fe、Co、Ni等)生成。Si含量的提高可促进SiO2的形成进而增强了氧化膜与基体的结合能力,因此可以提高合金的抗循环氧化能力;Mn含量的提高在氧化前期有提升了合金的抗循环能力的作用,但也会增加氧化膜的剥落量。在本次研究的三种合金中,含1.5wt.%Si、1.0wt.%Mn的Co22合金在1050°C下有最好的抗循环氧化能力。