t91钢的高温氧化行为研究

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1、T91钢的高温氧化行为研究通过T91钢在不同的高温条件下的氧化试验，用静态增重法测定T91钢的氧化动力学曲线，对氧化膜进行扫描电镜、X射线衍射和能谱分析，结果表明：在600℃条件下氧化动力学曲线呈抛物线规律，氧化膜的氧化产物主要为Fe3O4并有少量的Fe2O3；在800℃时，其氧化动力学曲线呈双直线。氧化反应一直在氧化膜表层进行，即发生外氧化。　　关键词T91钢；高温氧化；氧化膜生长；外氧化　　TK229A1674-6708（2011）46-0013-02　　0引言　　T91钢具有高的许用应力，高的持久强度，高的蠕变抗力，高的疲劳强度，高的热导率，良好的焊接性，较好的抗蚀性，以及适

2、当的价格，广泛应用于美、欧、日等先进国家的火力发电厂，并取得了良好的经济效益。T9l钢在80年代就开始在中国推广，由于其良好的综合性能及抗高温氧化腐蚀性能，且价格低廉，已逐渐被电力系统所接受[1，3]。文主要通过T91钢的高温氧化试验，研究T91钢在高温下的氧化动力学规律和氧化膜形成过程。　　1试验方法　　在T91钢管上面用线切割的办法切取试样，经清洗、打磨、除油、低温烘干等方式处理好试样后，将试样分别放置在600℃、800℃下进行高温氧化试验，采用不连续称重法测定T91钢在高温条件下的氧化动力学曲线，试样经过1h、2h、3h、4h、6h、8h、16h、24h和32h的氧化后，称重

3、，绘制、拟合动力学曲线。运用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析确定T91钢的氧化物类型，观察氧化膜形貌，研究其氧化膜形成过程。　　2结果与分析　　2.1高温氧化动力学曲线　　根据试样在600℃和800℃下氧化后单位面积增重量绘制T91钢的氧化动力学曲线。从图1中可以看出：1）在600℃时，T91钢在氧化4h前，氧化速度较快，氧化4h之后增重非常缓慢，这可能是因为随着氧化的进行，在试样的表面形成了固态氧化膜，覆盖在了试样的表面，从而产生了扩散阻滞作用，使得物质扩散减缓，使反应速度降低；2）当加热温度升至800℃时，曲线呈双直线规律，在前8h氧化物急剧增多，试样单位面积重量明显上升，8h之

4、后速度有所减缓，但仍呈直线增长；3）随着温度的升高，T91钢的氧化速率变大且氧化程度加重，在600℃，氧化的量是十分少的，当温度为800℃时氧化的量明显增大，腐蚀加剧。　　2.2氧化膜特征　　由电镜观察氧化表面形貌可知：1）在600℃条件下，试样表面逐渐形成须状的晶芽产物，并随着加热时间增加而增多，同时表面氧化层很致密，没有明显的脱落现象；2）在800℃时形成了大量团簇状结构，并存在大量的间隙，反映了随着温度的升高、加热时间的延长，氧化层的变得疏松，脆性增加；3）由图2、图3可以看到新的氧化物晶粒是在原先的晶粒表面又继续形核长大的，即发生外氧化。　　选取600℃条件下加热1h和16

5、h的试样进行X射线衍射结果如图4（a）、（b）所示。从衍射结果可以清楚的知道，T91钢在600℃下加热1h时表面只有基体α-Fe的特征谱线，加热16h之后才发现了Fe3O4和少量的Fe2O3的特征谱线。　　能谱分析结果显示，在图5（a）图中T91钢氧化膜氧化膜的Fe：O的原子比为1:1.20，Fe含量相当富余；而加热16h后，由图5（b）可知，Fe：O的原子比为1:1.54略高于Fe2O3的1:1.5，Fe含量随着加热的进行而减少。这是由于氧化膜初期富铁，因此初期时表层可以提供大量的Fe发生外氧化，氧化速率较快，当反应进行到一定阶段后，由于Fe不断消耗，不能再为反应提供充足的Fe，

6、此时氧化物的形成就需要通过离子扩散，从而减缓氧化，同时随着氧化层增厚，离子扩散将越来越困难，此时反应将越来越慢。另外在试验过程中发现，试样在600℃条件下加热时表面一直附着着牢固的呈灰色的氧化膜，这是由于Cr的电位相对较低和O的亲和力比较强，在高温下容易形成Cr2O3，然后进一步反应生成了具有良好耐高温保护作用的尖晶石氧化物CrFe2O4[2]，覆盖住了表面从而减缓了Fe和O元素的扩散，从而使氧化速度减缓。　　3结论　　1）T91钢在氧化初期由于Fe含量充足，使得反应较快，在600℃条件下氧化动力学曲线呈抛物线规律；当加热温度为800℃的时候，其氧化动力学曲线规律呈双直线规律；　　

7、2）600℃时，氧化膜的氧化产物主要为Fe3O4并有少量的Fe2O3，氧化物晶粒通过发生外氧化从而形核长大。