绍兴耐热钢管厂 2520不锈钢管现货报价-天津凯益恒库存2000余吨，价格低欢迎来电垂询！

利用增重法研究了耐热不锈钢2520在空气中８００、９００、１０００℃下的高温氧化行为，绘制了氧化动力学曲线。利用ＳＥＭ、ＸＲＤ、ＥＤＳ对氧化膜的结构及分布进行了表征。结果表明：８００、９００、１０００℃下的氧化动力学曲线符合抛物线规律，具有优异的抗氧化性。氧化膜由致密的ＭｎＣｒ２Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３和内层ＳｉＯ２组成，３层氧化膜是其抗氧化性能优异的主要原因。

高温抗氧化性能作为耐热钢的一个重要性能指标，已经被众多研究者关注。钢中特殊合金元素是改善和提高合金抗氧化性能的重要原因，在保证基本性能的前提，合适地加入合金元素是改善和提高合金抗氧化性能的重要原因，在保证基本性能的前提下，合适地加入合金元素能在钢表面形成不同的致密氧化膜，从而提高其高温抗氧化性。耐热不锈钢３１０Ｓ是高铬高镍奥氏体不锈钢，其不仅具有优良的耐蚀、力学性能，同时也具有优异的高温耐氧化性、抗蠕变性。因此，被广泛应用在各种高温炉、特殊环境的高温部件等。关于2520不锈钢管的高温氧化机制，目前已经有了研究。杨照明等作了氧化动力学分析和表面生成物的研究，但对表面氧化膜的构成、分布及形成机制没有深入探讨。本文通过研究３１０Ｓ在空气中的高温氧化试验来评定其高温氧化性能，在分析氧化动力学增重曲线的基础上，研究其氧化膜的形貌、分布、结构，并对其形成机制进行了解释。

１2520不锈钢管试验

试验样品取自太钢奥氏体耐热2520不锈钢管，化学成分见表１。

样品切割成３０ｍｍ×１５ｍｍ×４ｍｍ，每个试验点使用３个平行样，对试样进行研磨，经水砂纸打磨除去表面氧化皮及线切割加工痕迹，然后用乙醇清洗吹干。准备与试样相同数量的坩埚，对坩埚进行编号，用电阻加热炉对其进行烘烤，使坩锅中的残留物质充分挥发，质量恒定。将高温氧化的试样直接置于坩埚中，一同放在箱式电阻炉中进行高温氧化。试验气氛为空气，氧化温度分别为８００、９００、１０００℃；每个试样处理时间分别为２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ｈ。氧化完成后称重并记录，称重仪器为电子分析天平。高温氧化试验结束后，用Ｘ射线衍射仪对氧化产物进行物相分析，用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、能谱仪（ＥＤＳ）分析氧化膜的表面形貌。

２2520不锈钢管结果与分析

２．１氧化动力学

图１是试样在８００、９００、１０００℃空气中氧化的动力学曲线及Δｍ２与时间ｔ的关系曲线。由图１（ａ）可知，氧化增重随温度的升高而增加，当温度为８００℃时，氧化增重最小，其平均增重为０．１２ｍｇ／（ｃｍ２·ｈ）；在９００和１０００℃时，增重增加随着温度增加，平均增重分别达到了０．４４和０．６８ｍｇ／（ｃｍ２·ｈ）；各温度下随着时间的延长，均有不同程度氧化增重的趋势，但随着时间延长氧化趋势减缓。对数据作Δｍ２与ｔ的关系曲线如图１（ｂ）所示，两者基本呈现直线关系，可以判断该合金氧化曲线遵循抛物线规律。

２．２氧化膜的表面形貌

图２是耐热不锈钢３１０Ｓ不同温度氧化不同时间后的表面ＳＥＭ图片。可以看出，８００℃氧化１４０ｈ后，表面覆盖一层致密的氧化物，氧化物由多数未长大的尖晶石颗粒和很少量的片状结构构成。能谱分析表明，尖晶石颗粒主要由元素铬、氧、锰组成，片状结构由铬、氧组成，说明尖晶石颗粒可能为铬、锰的氧化物，片状结构为铬的氧化物。当温度升高到９００℃时，氧化２０ｈ，表面也出现两种形貌，与８００℃形貌相似。随着时间的延长，当氧化到１４０ｈ时，表面全部为尖晶石结构，其晶粒尺寸随时间延长而增大。随着温度升高到１０００℃，部分尖晶石结构长大，出现如图２（ｄ）的形貌。

２．３2520不锈钢管氧化膜的结构

图３是耐热不锈钢３１０Ｓ在８００、９００、１０００℃下高温氧化１４０ｈ后的ＸＲＤ图谱。根据衍射峰的位置可以判断出，在３个温度下生成的氧化膜主要成分都为Ｃｒ２Ｏ３和ＭｎＣｒ２Ｏ４。这与样品表面氧化膜的能谱分析一致，说明片状结构为Ｃｒ２Ｏ３，尖晶石颗粒为ＭｎＣｒ２Ｏ４。同时，从图上可以看出，随着温度的升高，基体的峰变弱，说明氧化膜厚度随着温度增加而增加，但基体的峰位未消失，说明氧化膜还比较薄，这主要是因为高温下表面生成了致密的Ｃｒ２Ｏ３和ＭｎＣｒ２Ｏ４膜，阻碍了氧和金属离子的相互扩散，使得抗氧化性能提高。相反，ＭｎＣｒ２Ｏ４的峰随着温度的升高变强，说明在高温下产生了更多的尖晶石结构ＭｎＣｒ２Ｏ４。

２．４2520不锈钢管氧化膜横截面元素分布

为了确认氧化物在氧化层的分布情况，对其断面进行了能谱面扫描。从图４上可以看出，氧化层分为３层，锰、铬、氧分布在最外层，结合ＸＲＤ数据结果，最外层是锰的尖晶石结构ＭｎＣｒ２Ｏ４；中间层是铬和氧及少量的锰，所以中间层为Ｃｒ２Ｏ３和Ｍｎ－Ｃｒ２Ｏ４；最里面一层分布着连续的硅，所以里面是一层硅的氧化物。

２．５2520不锈钢管分析

根据埃林厄姆－理查森图，从热力学上优先生成ＳｉＯ２，其次为ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、铁和镍的氧化物。但是氧化的过程不仅要考虑热力学，还要考虑动力学。由于基体铬元素质量分数很高，当样品置于高温环境下时，刚开始反应主要是表面的铬吸附空气中的氧反应，所以这一阶段反应速度很快，表面快速氧化形成了一层Ｃｒ２Ｏ３。随着反应的进行，铬优先通过晶界的扩散（晶界能高，是快速扩散的通道）到达表面，在表面持续形成片状Ｃｒ２Ｏ３的薄膜。随着反应的进一步进行，由于铬从内向外扩散，导致了内层的贫铬，当铬的浓度达到临界值时，锰开始通过晶界向外扩散，与氧发生反应形成ＭｎＯ或者Ｍｎ２Ｏ３，锰的氧化物与铬的氧化物复合，在外面形成了尖晶石颗粒ＭｎＣｒ２Ｏ４。这一过程是由扩散控制，其氧化动力学符合抛物线规律。

而硅的氧化物主要是由于内层氧化引起的。硅的氧化物自由能相对于氧化铁更低，且在低氧压下更容易形成。氧通过扩散进入薄膜内，在金属和氧化物界面处与硅反应发生内层氧化，在氧化薄膜内层生成了一层连续的氧化硅层。硅的氧化物之所以在ＸＲＤ及表面能谱上反映不出来，可能是由于硅的氧化物质量分数少，且在氧化物最里层，信号采集不到导致的。３层致密的结构加上氧化物本身的良好抗氧化性能，从而使耐热不锈钢３１０Ｓ整体表现出很好的抗高温氧化性。

３结论

（１）耐热不锈钢３１０Ｓ在８００、９００、１０００℃下表现出很好的抗氧化性。各温度下随着时间的延长，均有不同程度氧化增重的趋势，但随着时间延长氧化趋势减缓。同时随着温度的升高，氧化速率增快。

（２）氧化膜由外层致密的尖晶石ＭｎＣｒ２Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３和内层的ＳｉＯ２组成，随温度升高，ＭｎＣｒ２Ｏ４衍射峰增强，生成物增多。３层致密的氧化物使其具有优异的抗高温氧化性能。