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1、280 化 工 机 械 2006年ND钢高温氧化性能的研究秦 华3 胡传顺 崔 勇 (辽宁石油化工大学)(辽宁抚顺石油三厂)摘 要 研究20g钢和ND钢在750℃下的抗高温氧化性能,得出氧化动力学曲线,进行氧化动力学曲线公式的拟和,对氧化后试样的表面进行宏观观察,并用SEM观察氧化膜形貌和用XRD分析氧化产物的组成成分。实验结果表明,在750℃氧化时,20g钢和ND钢的抗氧化性能不断降低,单位面积的氧化膜重量增加。但ND钢与20g钢相比,具有较好的抗高温氧化能力,腐蚀速率低。关键词 20g钢 ND钢 高温氧化 氧化
2、动力学+中图分类号 TQ050141文献标识码 A文章编号 025426094(2006)0520280203 高温氧化腐蚀是导致金属材料失效和破坏的同一温度、同一保温时间的条件下,20g钢的氧化[1～4]原因之一。笔者选择750℃作为氧化试验温速率常数大于ND钢的氧化速率常数。度,对20g钢和ND钢的高温氧化性能进行了研究,得出了两种材料的氧化腐蚀速率常数,评价其抗高温氧化性能。1 试样制备及实验方法将20g钢和ND钢制成20mm×10mm×4mm#的试样,其化学成分如表1所示。用200水砂纸打磨后,经表面处理,除去油污及氧化层,用螺旋测微仪测定尺寸后放入精度为0.1mg的
3、电子天平中称量原始重量。然后将试样放入箱式电阻炉图120g钢和ND钢在750℃/20h中在750℃下进行高温氧化试验。氧化动力学曲线表120g钢和ND钢的化学成分%2.2氧化实验结果的宏观分析钢种CSiMnSPCrCuSb由Fe2O相图可知,在不同温度下金属表面形20g0.170.250.390.0120.016000成氧化膜的组成、结构与氧化的温度和时间有关。ND0.080.280.550.0250.0301.00.370.08因此对氧化膜的光泽和颜色进行观察,能宏观判定其氧化程度。对20g钢和ND钢氧化后(750℃)的2 实验结果及分析试样所进行宏观判断结果如表2所示。2.
4、1氧化动力学规律表220g钢和ND钢的氧化试样宏观判断结果图1是20g钢和ND钢的氧化动力学曲线。保温时间/h钢种在750℃时曲线符合直线规律,即G=Kt(K为氧2468101214161820[5]20g○○▲▲▲▲▲▲▲▲化速度常数)。对20g钢和ND钢的氧化实验ND○○○○○▲▲▲▲▲数据进行公式拟和后得到20g钢的氧化速度常数242 注:○———试样表面呈深灰色,氧化较为严重;为1.150×10mg/(cm·h),ND钢的氧化速度▲———试样表面呈深灰黑色,严重氧化。242常数为0.495×10mg/(cm·h)。可以看出,在3秦 华,女,1978年12月生,助教。辽
5、宁省抚顺市,113001。第33卷 第5期 化 工 机 械 281 从表2宏观判断结果可知,20g钢和ND钢试样表面的氧化程度随着保温时间增长而加重。ND钢在750℃下保温12h,试样表面严重氧化,抗氧化能力急剧下降。金属表面形成较厚的氧化膜,遭受严重的腐蚀。2.3氧化产物的分析XRD结果如图2所示,经分析20g钢和ND钢在750℃/20h氧化后,它们的氧化产物主要是由Fe3O4、Fe2O3和FeO组成。与20g钢相比ND钢的含碳量小于0.1,此外在ND钢中还加入了微图3ND钢和20g钢试样表面的氧化膜形貌量的Cu、Sb、Cr等元素,
6、采用特殊的冶炼和轧制3 结论工艺后,表面形成一层富含Cu、Cr的合金层,当3.1ND钢在750℃/20h氧化时,随着氧化时间ND钢被氧化时,其表面会生成一种尖晶石结构的增加,氧化膜的重量增加,其氧化动力学常数为242的氧化产物FeCr2O4,这种氧化物与构成它的任0.495×10mg/(cm·h),约为20g钢的氧化动一单个氧化物的性质不同,它结构致密,有较强的力学常数的1/2。[6]抗氧化性能。因此,在750℃氧化时,ND钢的312ND钢经750℃/20h氧化后,其试样表面生氧化速度要小于20g钢的氧化速度。ND钢和成FeCr2O4尖晶石氧化产物,与20g钢相比,具有20g钢
7、试样氧化后的表面氧化膜形貌如图3所较好的抗高温氧化能力,腐蚀速率低。示。参考文献1 李铁藩.金属高温氧化和热腐蚀.北京:化学工业出版社,2003.160～1922 金立国,赵晓旭,张锐.耐高温氧化石墨材料抗氧化性能研究.炭素,2005(2):18～213 刘彬,刘建华,卢军从.Cu2Cr合金高温氧化行为分析.上海有色金属,2003,24(2):68～704 赵虹,吴广君,凌柏林等.锅炉水冷壁高温氧化试验的热力分析力学研究.热能动力工程,2005,20(4):397～4015 李美栓.金属的高
