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            2520不銹鋼

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            至德鋼業2520不銹鋼管的高溫氧化行為研究分析

            來源:至德鋼業 日期:2020-12-14 16:13:22 人氣:876

             浙江至德鋼業有限公司采用靜態增重法測定2520不銹鋼管在高溫條件下的氧化動力學,運用x射線衍射測定氧化物類型,運用掃捕電鏡(SEM)觀察不同氧化時間形成的氧化膜的形貌,通過能譜分析(EDS)氧化膜的成分,研究2520不銹鋼管的高溫氧化行為.實驗結果表明,氧化物類型主要為Fe2O3,且氧化物類型隨溫度的升高而變化.在氧化初期,氧化物中富Fe,氧化速度較快,氧化反應發生在氧化膜的外表層,即發生外氧化。2520不銹鋼管是0Cr25Ni20 (310s)不銹鋼管的縮寫,屬于奧氏體鉻鎳不銹鋼管系,因為具有較高的鉻含量和鎳含量,此鋼擁有較好的高溫蠕變強度,在高溫下能持續作業,具有很好的抗氧化性、耐腐蝕性和耐高溫性.適用于排氣管道、熱處理爐、熱交換機、焚化爐等要求耐熱性的高熱或高溫接觸部件,使用溫度范圍很廣,一般在1000℃以下,目前關于2520不銹鋼管在高溫條件下氧化行為的研究報道極少,許多論述有待實驗研究證實,本文主要通過2520不銹鋼管的高溫氧化實驗,測定了氧化動力學曲線,運用X射線衍射、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)等技術,對氧化過程中形成的氧化膜的形貌及成分進行了研究,推斷了2520不銹鋼管的高溫氧化機制。


            一、試驗材料及方法

               

             原始材料取自2520不銹鋼管,采用線切割將試驗試樣加工成7mm×7mm×3mm立方體,用200號砂紙打磨光亮,然后用酒精清洗干凈備用,將試樣塊分為A、B兩組并編號,A組試樣塊用來做氧化動力學實驗,采用不連續稱重法測定氧化動力學曲線;B組試樣塊用來觀察氧化膜形貌,氧化不同時問后進行SEM形貌觀察,并做X射線衍射實驗及能譜分析。


            二、結果與討論


             1. 氧化動力學分析

               

             氧化動力學實驗采用靜態增重法測定,單位面積增重與加熱時間£的關系如圖1所示,從氧化曲線上看,在550℃和600℃及空氣條件下,2520不銹鋼管在氧化開始幾個小時并無變化,經過幾個小時孕育期后開始氧化,氧化初期氧化速度較快,隨著氧化的進行氧化速度逐漸變緩;而在700℃和800℃空氣條件下,相比于550℃和600℃時在開始階段氧化速度明顯較大,隨后氧化速度也變緩,經曲線擬合得到形如了y=ax2的氧化動力學曲線方程,其中口和,2是與氧化溫度有關的參數,該曲線為類拋物線曲線。


             2. 氧化膜形貌特征

                

              如圖所示,在550℃時,氧化初期試樣基本上不氧化,試樣表面無明顯變化,只是在氧化后期出現薄層氧化物質,并且表面還有少量針狀物,而在600℃情況下,出現氧化膜的時間明顯提前(見圖3),且表面針狀物與500℃同期相比變多,這表明在600℃下氧化較550℃時劇烈,在700℃下,氧化進一步加劇,氧化th后即出現致密的氧化膜,同樣伴有針狀物的出現,隨著氧化的進一步進行,針狀物長大成為顆粒狀物質,最終針狀物全部長大為顆粒狀物質,如圖所示,而在加熱溫度為800℃時,氧化膜形貌又有了很大變化,如圖所示,縱向比較,在加熱時間同為1小時,800℃下試樣表面粗糙度進一步加大,氧化膜形貌為絮狀物質,并有少量顆粒狀物質,隨著氧化的進行,已形成的氧化膜最終為大顆粒狀物質所覆蓋,縱向比較4種溫度下的氧化情況,隨著溫度的升高,氧化變得越來越劇烈,出現氧化物的時間越來越早,數最越來越多,分析結果與氧化動力學曲線相吻合。


             3. 氧化膜的類型分析

               

              對600℃和800℃氧化條件下的試樣做進一步分析,試樣在600℃下氧化1小時和16小時后的X射線衍射結果見圖,X射線衍射結果表明,2520不銹鋼管在600℃空氣中氧化th所形成的氧化膜只有基體奧氏體特征譜線,直到氧化16 h后才出現少量Fe2O3的特征譜線,由此可以確定,2520不銹鋼管在600℃空氣條件下氧化形成Fe2O3,并且氧化物的形成需要一段時間(即孕育期),氧化物的量隨氧化時間的增加而增多。試樣在800℃下氧化th和16 h后的X射線衍射結果見圖7.X射線衍射結果表明,2520在800℃空氣中氧化所形成的氧化膜有Fe2O3和Fe3O4的特征譜線,且Fe2O3的譜線比Fe3O4的譜線多,這表明,2520不銹鋼管在800℃空氣中氧化形成的氧化物成分主要為Fe2O3和Fe3O4,且Fe2O3占多數。


             4. 氧化膜的成分分析

               

             對600℃和800℃氧化條件下的試樣做能譜分析,氧化膜表面各元素原子比率如表所示。能譜分析結果顯示,600℃氧化條件下2520不銹鋼管氧化膜中的原子比遠高于氧化主要產物Fe2O3的原子比1:0.67,隨著氧化時間的增加,比例逐漸降低,可見,2520在600℃空氣中氧化時形成的氧化物中陽離子非常富余。800℃氧化條件下氧化2520不銹鋼管在氧化初期氧化膜中原子比高于氧化主要產物Fe2O3的原子比1:0.67,隨著氧化時間的增加,比例逐漸降低,16小時后低于0.67.可見,2520不銹鋼管在600℃空氣中氧化,氧化初期形成的氧化物中陽離子非常富余,氧化后期氧化膜中氧比較富余。


             5. 綜合分析

               

             根據氧化產物大小變化特征,可以推斷出氧化初期氧化膜形成變化過程。600℃下,氧化初期2520不銹鋼管表面無明顯變化,這是由于2520不銹鋼管處在形成晶核的孕育期;加熱一段時間后,在鋼的表面形成了非常細小的氧化物品核,隨著氧化時間的延長,這些晶核逐漸長大,形成針狀的氧化產物,直至在鋼的表面形成一層致密、完整氧化膜;進一步氧化,新的形核位置在已經形成的氧化產物表面,而原先形成的針狀物質繼續長大直至成為顆粒狀物質,因此,在氧化膜形成的初期,形核位置在氧化膜表層,即發生外氧化.800℃下的情況與600℃時類似,只是開始氧化的時問提前,氧化過程更劇烈。根據以上分析結果可知,最初形成的氧化物中陽離子非常富余,這就為在氧化物上形成新的氧化物品核及其長大提供了充足的鐵而不需要通過鐵在氧化膜中的擴散來提供,因此氧化膜形成較快,即氧化速度較快,隨著氧化時間的推移,初期形成的氧化物中富余的鐵逐漸被消耗和氧化膜增厚,此時氧化物的形成和長大就需要依賴于鐵在氧化膜中的擴散來提供,氧化速度變慢,取決于鐵在氧化膜中的擴散速度,在800℃下氧化后期氧化膜中氧比較富余可能是由于鐵在氧化膜中的擴散緩慢,氧在氧化膜表面富集造成的。


            三、結論


             1. 2520不銹鋼管在550℃、600℃、700℃和800℃空氣條件下氧化的氧化動力學曲線均為類拋物線,氧化動力學曲線方程為y=ax2,溫度越高氧化越劇烈。


             2. 2520不銹鋼管在600℃下氧化膜的氧化物類型為Fe2O3,而800℃下氧化物類型為Fe2O3和少量Fe3O4,氧化物類型隨氧化溫度的升高而發生變化。


             3. 氧化初期,氧化物中陽離子富余,前期形成的氧化物為形核提供鐵原子,新的形核位置在氧化膜表層,即發生外氧化,氧化速度較快,隨著富余的Fe被消耗和氧化膜增厚,氧化速度逐漸變慢。


            本文標簽:2520不銹鋼管 

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