【摘 要】
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随着我国高端装备制造业的快速发展,对高温环境下使用的耐热不锈钢需求的数量日益提高。目前我国对于耐热不锈钢的使用性能要求越来越高,尤其对于较高温度下的氧化性能要求更加严格,因为高温下良好的抗氧化性能是不锈钢在使用过程中保证寿命和安全的关键因素。通过研究耐热不锈钢的高温氧化性能,来进一步提高耐热不锈钢的性能,拓展其应用领域,为以后提高氧化性能奠定基础。本文所用的实验材料是改进后的国产奥氏体不锈钢309
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随着我国高端装备制造业的快速发展,对高温环境下使用的耐热不锈钢需求的数量日益提高。目前我国对于耐热不锈钢的使用性能要求越来越高,尤其对于较高温度下的氧化性能要求更加严格,因为高温下良好的抗氧化性能是不锈钢在使用过程中保证寿命和安全的关键因素。通过研究耐热不锈钢的高温氧化性能,来进一步提高耐热不锈钢的性能,拓展其应用领域,为以后提高氧化性能奠定基础。本文所用的实验材料是改进后的国产奥氏体不锈钢309S、310S和铁素体不锈钢X10Cr Al Si18,在文中命名为309SMOD、310SMOD及新型铁素体耐热不锈钢X10Cr Al Si18。在800℃、900℃、1000℃的高温下进行氧化试验。通过运用SEM、EDS、XRD等表征手段,分析了耐热不锈钢氧化产物的结构、形貌和具体的物相组成,并运用氧化动力学和氧化热力学理论,分析其高温氧化机理,分析不同参数对氧化行为的影响。主要结果如下:（1）奥氏体不锈钢309SMOD的氧化增重曲线符合抛物线规律,具有抗氧化性能,且随着氧化温度和氧化时间的增长,试样的增重量逐渐增大。通过氧化速率图可知随着氧化温度的升高,试样的氧化速率逐渐减小且氧化速率均小于0.1g/m2·h,抗氧化性能级别属于完全抗氧化级。在三个氧化温度中800℃的抛物线速率常数Kp数值最小为0.0000374mg2·cm-4h-1,抗氧化性能最好,1000℃抛物线速率常数Kp最大为0.000286mg2·cm-4h-1,抗氧化性能较差。800℃氧化时,氧化物主要为板状和小尖晶石,900℃和1000℃氧化时的产物主要为尖晶石颗粒;随着氧化温度的升高,板状氧化物转变为尖晶石颗粒。（2）奥氏体耐热不锈钢310SMOD的氧化增重曲线也符合抛物线规律。310SMOD在800℃的最大氧化速率为0.0021g/m2·h;900℃最大氧化速率为0.0032g/m2·h;1000℃最大氧化速率为0.008g/m2·h,氧化速率均小于0.1g/m2·h,抗氧化性能级别属于完全抗氧化级。800℃氧化时,氧化物主要为板状和小尖晶石,900℃和1000℃氧化时氧化膜有脱落部分,随着温度的升高尖晶石颗粒逐渐增大。（3）新型铁素体耐热不锈钢X10Cr Al Si18的氧化动力学曲线符合抛物线规律,具有抗氧化性能。800℃最大氧化速率为0.0023g/m2·h,900℃最大氧化速率为0.004g/m2·h,1000℃的最大氧化速率为0.005g/m2·h,氧化速率均小于0.1g/m2·h,抗氧化级别为完全抗氧化级。在800℃、900℃氧化时氧化膜表面有凹坑,氧化物主要为蠕虫状和尖晶石,1000℃时,氧化膜表面有裂纹,氧化物主要为尖晶石颗粒。（4）奥氏体不锈钢氧化膜分为三层,最外层为厚度最大的尖晶石结构的Mn Cr2O4,中间层为致密的Cr2O3,最内层为在基体内氧化的Si O2,800℃时,三层结构氧化膜共同发挥作用使得奥氏体不锈钢具有较好的抗氧化性,900℃、1000℃时最外层氧化膜不完整,主要是Cr2O3、Si O2氧化膜对基体起到保护作用。X10Cr Al Si18氧化膜也分为三层,最外层为尖晶石结构的Mn Cr2O4和Fe-Cr的氧化物,中间层为Al2O3,最内层的氧化物为Si O2。（5）在相同的氧化条件下309SMOD的氧化速率常数Kp比310SMOD小,可知309SMOD抗氧化性能更好。通过对比分析新型铁素体X10Cr Al Si18与普通铁素体X10Cr Al Si18,发现新型铁素体不锈钢具有更好抗高温氧化性能,且温度超过900℃时,效果更明显。
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