几种不锈钢高温氧化行为研究

发布时间：2017-12-11 00:02

  本文关键词：几种不锈钢高温氧化行为研究

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【摘要】：采用恒温氧化增重法对316LN奥式体不锈钢和429铁素体不锈钢在700℃、800℃、900℃下空气中的高温氧化行为进行研究，比较两种不锈钢不同温度下的氧化速率、氧化层厚度、氧化层成分组成及氧化层形成机理。某厂生产的316LN奥氏体不锈钢中厚板轧制以后产品表面出现裂纹，影响了钢板的使用性能和表面质量。本文以研究表面裂纹的形成机理为目的，通过表面宏观形貌观察、金相组织观察、试样截面扫描及能谱分析初步判定表面裂纹的形成原因；而后再采用ANSYS/LS-DYNA有限元模拟软件对表面含凸起轧件的轧制过程进行模拟，找出裂纹形成原因。通过理化检测分析及对板材轧制过程的数值模拟知道表面裂纹的形成是由氧化物引起的。此外，工业生产中用来生产高温石墨的304不锈钢坩埚在天然气和空气混合加热条件下使用几个周期后，出现严重的氧化失效现象，坩埚上部腐蚀严重，出现分层和脱落，致使坩埚不能继续使用。为了降低经济效益，需要找出产生这种现象的成因。经过实验及分析，得出以下结论： （1）316LN不锈钢在900℃、800℃氧化膜出现开裂、脱落现象，处于抗氧化级别；在700℃属于完全抗氧化级别，抗氧化性能优异。429不锈钢在900℃和800℃下均属于完全抗氧化级。通过比较，可以看出，316LN在900℃和800℃温度下的抗氧化能力不如429不锈钢的抗氧化能力。 （2）316LN在900℃氧化时，氧化产物是Cr2O3、尖晶石结构的MnCr2O4、FeCr2O4和Fe2O3；800℃下，氧化膜表层主要是Cr2O3、NiCr2O4、FeCr2O4和少量的Fe2O3；700℃时，氧化膜成分主要是Cr2O3，少量的NiCr2O4、FeCr2O4和Fe2O3。429不锈钢高温氧化过程中，氧化膜表面检测到的基体相的峰较强，氧化膜不能完整覆盖试样的表面，900℃时氧化产物是Cr2O3和FeCr2O4；800℃高温氧化产物是Cr2O3，没有FeCr2O4的存在。 （3）316LN不锈钢的动力学曲线符合抛物线→直线→抛物线的增长规律，429不锈钢的氧化动力学曲线符合抛物线增长规律。 （4）在氧化温度升高时，316LN和429不锈钢的氧化速率都会变大。在900℃下，高温氧化35h以前，429不锈钢的氧化速率大于316LN不锈钢的氧化速率，伴随氧化时长增加，429不锈钢的氧化速率慢慢小于316LN不锈钢。在800℃下，429不锈钢的氧化速率始终小于316LN不锈钢的氧化速率。 （5）316LN中厚板表面裂纹呈现“指甲盖”状，裂纹头部与轧制方向一致，裂纹分布没有明显规律。表面裂纹的形成是由于轧制前铸坯上凸起区域的表面除鳞不完全，Fe、Cr等复合氧化物没有被完全除去，在轧辊和铸坯较大的摩擦力作用下，凸起区域被翻转、压延进入基体，裸露在铸坯表面的氧化物脱落，嵌入内部的氧化物由于硬度高、脆性大，与基体不易结合，在进一步轧制过程中无法焊合。 （6）解决316LN钢中厚板表面裂纹问题，提高产品质量的有效途径是适当加大除鳞力度，必要时对板坯进行表面修磨处理。 （7）ANSYS/LS-DYNA有限元模拟软件可以直观地模拟板材轧制过程，观察轧制过程中不同时刻的应力应变场、位移、速度场以及某一点位移随时间的变化规律，找出不足之处并提供解决方案。 （8）304不锈钢坩埚表面出现了严重的氧化失效现象，氧化物的形成过程是Cr元素先扩散到金属基体表面，在表面与氧反应形成Cr2O3，向表面进行传质扩散的Ni、Fe元素也在表面和氧发生反应生成Ni、Fe的复合氧化物，随后，Cr2O3生成易挥发的CrO3，使部分Cr2O3挥发，Cr2O3膜层部分破坏。 （9）304不锈钢坩埚上部氧化层厚约200μm，外层氧化物是Cr2O3和Fe3O4，内层是NiO和Cr、Fe的复合氧化物。304不锈钢坩埚中部氧化层厚约100μm，，氧化物层是Cr、Ni、Fe的复合氧化物。 （10）可以通过更换不锈钢坩埚材质，将奥氏体不锈钢坩埚的材质换成铁素体不锈钢来延长坩埚的使用寿命，提高经济效益。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71

【参考文献】

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本文编号：1276374