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新型耐高溫鐵素體不銹鋼高溫抗氧化行為及機理
發布時間:2019-05-31 13:34:51發布者:Admin新聞種類:前沿動態

鐵素體不銹鋼因具有良好的成形性、優異的耐應力腐蝕和抗高溫氧化性能及低成本等優點,深受研究者和業界的青睞;且鐵素體不銹鋼具有合適的導熱系數及熱膨脹系數,適合應用于熱交換及熱循環的場合;這些優點使得鐵素體不銹鋼成為制備固體氧化物燃料電池(SOFC)連接體和汽車排氣歧管的最佳候選材料。目前用于制造汽車排氣歧管的傳統鐵素體不銹鋼的工作溫度約為900oC,但為了適應環保要求、滿足日益嚴苛的汽車尾氣排放標準,并考慮汽油充分燃燒后的溫升,汽車排氣歧管的局部工作溫度將達到950–1050oC,甚至高達1100OC。為適應新一代汽車排氣系統熱端在如此高溫環境下使用,有必要在了解合金化機理進行合金設計的基礎上,進一步深入認識新型鐵素體不銹鋼的高溫服役及其退化行為。已有研究表明,通過添加合金元素W,鐵素體不銹鋼的抗熱機械疲勞性能可得到改善,但W對鐵素體不銹鋼高溫抗氧化性能的影響研究較少。此外,添加稀土元素也有希望提高鐵素體不銹鋼材料的高溫抗氧化性能及耐熱腐蝕性能。但是,迄今為止,合金元素的合適添加量及其作用機理仍不明確,尤其是高熔點合金元素W和稀土Ce的協同作用對鐵素體不銹鋼高溫抗氧化性能的影響機理需要進一步探索。對多元合金化耐高溫鐵素體不銹鋼的高溫抗氧化行為及機理取得深入的認識,將對新型耐高溫鐵素體不銹鋼的設計和應用起重要關鍵作用。

圖1 在1000℃下,氧化實驗鋼氧化層的BSE顯微照片及EPMA元素圖

圖2 在1050℃下氧化100h,實驗鋼氧化層的BSE顯微照片和EPMA元素圖

東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室、2011鋼鐵共性技術協同創新中心陳禮清教授等人開展了一項全新研究,深入探索了元素W和稀土Ce對新型中鉻耐高溫鐵素體不銹鋼高溫抗氧化行為的影響及其機理。他們設計了一系列不同W和Ce含量的444型鐵素體不銹鋼,開展了高溫下抗氧化行為的研究,運用多種微觀分析手段對其界面/基體處氧化產物和析出物等進行了表征。該研究發現:添加稀土元素Ce或同時復合添加一定量W能顯著降低鐵素體不銹鋼在高溫下的氧化反應速率,所形成的氧化膜更加均勻致密,并具有良好的附著性,在氧化膜/基體界面處缺陷數量明顯減少。不同的W添加量對高溫抗氧化行為起不同的作用;添加Ce或同時添加Ce和W元素可以降低(Fe,Cr,Si)2(Nb,Mo)型Laves相在1000-1050oC下的固溶量,Laves相在晶粒內或晶界處析出可有效抑制反應元素的擴散。此外,在氧化膜/基體界面處析出的Laves相對氧化膜的生長行為和剝落機制產生重要影響,Laves相的大量析出會導致氧化膜的剝落。

來源:Wei Liangliang,?Zheng Jiahao,?Chen Liqing,?Misra Raja Devesh Kumar. High temperature oxidation behavior of ferritic stainless steel containing W and Ce, Corrosion Science, 2018.

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