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310S不锈钢高温氧化性质

日期:2021-10-19 14:08
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摘要:310S不锈钢高温氧化性质 310S不锈钢高温氧化性质

310S不锈钢高温氧化性质

高温下,不锈钢的氧化性能受到很大的影响,其氧化层有结构性的变化。

一、310S不锈钢高温氧化性质氧化膜;

不锈钢在室温情况下,表面只生成Fe3O4Fe2O3相二层结构,当温度>570度时,生成FeO层,所以高温环境,表面氧化膜为三层结构。从高温冷却回的过程:FeO要分解,氧化皮层中有相变。

膜内部电子环境考虑:

阳离子空位:P型半导体如FeOFe3O4

阴离子空位:N型半导体如Fe2O3

 

过程说明:氧化过程的主要是氧离子和铁离子(合金元素形成的离子)在氧化层中的扩散,同时也是电子传导过程。这个氧化腐蚀的过程,本质上也是一个电化学腐蚀过程。这也是不锈钢和耐热钢在理论上的共同基础。

实际工件表面的氧化层,还有以下性质:

①通过对氧化物体积和被氧化物体积的比较,判断氧化膜是否覆盖工件表面;

例:V(FeO)V(Fe)=1.77V(Fe3O4)V(Fe)=2.09

V(Fe2O3)V(Fe)=2.14

判定:大于1说明可以覆盖表面,考虑体积,比值,层与层的应力,可以推断出容易起皮。

②生成的氧化物结晶结构和致密性;

③和基体金属的结合。

二、310S不锈钢高温氧化性质氧化速度;

氧化速度主要取决于化学反应的速度和扩散的速度,温度的升高,化学反应的速度和扩散速度将增加,随着时间的延长和膜的的增厚或膜的致密性的提高而减慢,因此氧化速度可有下列三种情况:

1)氧化膜不完整、不连续时,像氧化物比体积小的镁、钾、钙等,他们的氧化膜增厚和时间的关系是样:y=Kt+A

2)氧化膜是覆盖在金属表面的,膜层中可以进行离子扩散。像铁、锰、钴、镍、铜等的氧化膜。膜层增厚的关系:y*y=kt+A

3)膜不仅覆盖金属表面,而且膜层中离子扩散困难。像铬、铝、硅等的氧化膜。膜层增厚为:y=lnKtSTS表面膜的状态的说明)

三、310S不锈钢高温氧化性质提高钢氧化性能的途径。

.加入合金元素降低氧化膜中的扩散;

②加入合金元素,提高氧化膜的稳定性;

.加入合金元素,形成致密,稳定的合金氧化膜。

高温下工作的钢件(包含STS),由于氧化有自发的趋势,氧化是一定要发生的。但是如前所述,氧化的速度,继续氧化问题是可以改变和控制的,通过加入合金元素,改变氧化膜层的传导性,降低氧化膜中的扩散,提高氧化膜的稳定性;形成致密稳定的合金元素氧化膜,提高膜的保护性,从而提高钢(STS钢)的抗氧化性。(空气中的考虑)

四、310S不锈钢高温氧化性质在高温下不同环境下的腐蚀考虑(STS

①加入合金元素后,基体金属(A)、合金元素(B)在氧化时可能出现三种情况:1.形成A氧化物中有B离子2.形成的B的氧化物中含有A离子;AB各自形成氧化物。

P型半导体(金属离子空位)加入低价合金元素离子;如NiO的氧化膜中溶进一些一价Li离子,所以Ni++通过空位的传导性减弱。

N型半导体(阴离子空位)加入较高价的合金元素离子;

这样会导致阴离子空位的降低,使氧离子传导削弱,钢的抗氧化性也将提高。

②加入合金元素,提高氧化膜的稳定性

合金元素氧化物按点阵结构、离子半径、电负性的条件的不同,稳定性不同。CrAlSi的氧化物点阵结构接近Fe3O4,它们的离子半径比铁小,易稳定密度大的Fe3O4,缩小FeO形成温度。MnCu的离子半径大于铁,易溶于疏松的FeO,他们是FeO的稳定剂,扩大FeO的相区,降低FeO形成温度。

                                                                                              

STS上的说明:在CrTiAl含量高时,FeO相区会消失。

③加入合金元素,形成致密,稳定的合金氧化膜

当钢中加入合金元素CrTiAlSi时,则在氧化的过程中,由于铁离子的消耗,而铬、铝、硅等氧化物的稳定,会使氧化物的底层逐渐富集为稳定的氧化物的膜层,形成以Cr2O3Al2O3SiO2为主的氧化膜,这类氧化膜形成时,铁,氧通过膜的扩散严重受阻,氧化性显著提高。

 

条件:高温>570

从左到右:

A.纯铁

B.12.23%Cr

C.25%Cr

 

     不同Cr含量在相同温度下对不锈钢表面氧化的影响。

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