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材料研究学报  2015, Vol. 29 Issue (12): 941-947    DOI: 10.11901/1005.3093.2015.12.941
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一种节镍经济型双相耐热铸钢的高温氧化
吴林才,安立聪,杨弋涛()
上海大学材料科学与工程学院 上海 200072
High Temperature Oxidation of a Low Nickel Austenitic Heat Resistant Steel
Lincai WU,Licong AN,Yitao YANG()
School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China
引用本文:

吴林才,安立聪,杨弋涛. 一种节镍经济型双相耐热铸钢的高温氧化[J]. 材料研究学报, 2015, 29(12): 941-947.
Lincai WU, Licong AN, Yitao YANG. High Temperature Oxidation of a Low Nickel Austenitic Heat Resistant Steel[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2015, 29(12): 941-947.

全文: PDF(7408 KB)   HTML
摘要: 

对ZG40Cr25Ni20耐热铸钢和节镍经济型双相耐热铸钢进行恒温氧化实验, 得到了两种材料的氧化动力学行为曲线, 结合扫描电镜、能谱分析仪及X射线衍射等手段研究了高温抗氧化的差异, 并探究了高温氧化的微观机理。结果表明, 节镍经济型耐热铸钢虽然降低了Ni的含量, 但是增加Cr和Mn能在氧化层的外层形成稳定的保护型氧化膜Cr2O3, 一定程度上阻挡了金属阳离子的向外扩散和O离子的向内扩散, 使其氧化激活能由148.4 kJmol-1提高至245.7 kJmol-1, 从而降低了氧化速率, 改善了材料的高温抗氧化性能。

关键词 材料失效与保护高温氧化行为耐热钢微观结构节镍    
Abstract

High temperature oxidation performance of ZG40Cr25Ni20 steel and a kind of low nickel austenitic heat resistant cast steel were comparatively investigated by means of isothermal oxidation test, scanning electron microscope(SEM) with energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffraction analysis. The results show that a protective oxide scale Cr2O3 forms at the interface of substrate and the outer oxide scale, which can certainly block the inward diffusion of oxygen ions and the outwards diffusion of metal action, thereby reducing the oxidation rate, therefore, the heat-resistant cast steel exhibits better high temperature oxidation resistance in comparison with the ZG40Cr25Ni20 steel, whilst the nickel saving steel contains lower Ni but a little higher Cr and Mn than the ZG40Cr25Ni20 steel.

Key wordsmaterials failure and protection    high temperature oxidation performance    heat resistant steel    microstructure    low nickel
收稿日期: 2015-02-15     
Material Cr Mn C Ni Bal
ZG40Cr25Ni20 25.13 1.17 0.36 18.92 Fe
Low nickel 27.53 1.78 0.34 9.26 Fe
表1  实验钢的化学成分
图1  在不同温度下的氧化动力学曲线
Sample Kp/mgcm-2h-1 n(1100℃) Q/kJ/mol
900℃ 1000℃ 1100℃
ZG40Cr25Ni20 4.7x10-8 3.0x10-4 2.2 1.9523 245.7
New material 4.3 x10-8 2.3 x10--6 3.8 x10-3 2.1354 148.4
表2  两种材料不同温度下的Kp, Q及1100℃的氧化指数n
图2  氧化层厚度
图3  两种材料在不同温度下氧化168 h后表面氧化层的SEM像
图4  两种材料在不同温度下氧化168 h后的XRD谱
图5  两种材料在1100℃氧化168 h后表面氧化物的SEM像及EDS能谱
图6  两种材料在1100℃氧化168 h后截面的SEM像
图7  两种材料在1100℃氧化168 h后氧化层截面的EDS图谱
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