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省科学院材料与加工所:稀土改性奥氏体耐热钢研发取得重要进展

时间:2020-04-23 文本大小:【 |  | 】  【打印

奥氏体耐热钢广泛用于电力冶金和石油化工等行业的各种耐热结构。其服役环境具有复杂性,高温氧化是材料失效的主要原因之一。材料在高温下的氧化行为是一个非常复杂的变化过程,因此明确氧化物的生长规律形貌结构特征是提高奥氏体耐热钢高温抗氧化性的关键。

科学院材料与加工研究所复合材料研究室科研人员围绕提升奥氏体耐热钢的高温抗氧化性开展了多年研究工作。近期,在稀土Y及Ce改性奥氏体耐热钢高温氧化行为的研究方面有重大发现。结果表明在1000°C的空气中恒温持续氧化150h后,稀土元素Y不仅使K-52型奥氏体耐热钢氧化物的生长速率降低了48.67%,同时改变了氧化层的结构组成,促进表面富锰带中MnO2的形成,提高材料表面氧化膜的致密性。稀土元素Ce促进了节镍奥氏体耐热钢中富Cr氧化物的优先形成,这有利于氧化物各相之间的应力释放,同时抑制了氧化膜与基体之间奥氏体向铁素体的转变,从而阻碍向基体内部进一步氧化。以上研究成果分别以“Effect of rare earth elements on high temperature oxidation behaviour of austenitic steel”和“Effect of Ce on oxidation behaviour and microstructure evolution of a nickel-saving austenitic heat-resistant cast steel”为题发表在腐蚀领域top期刊《Corrosion Science》2020年第164和166卷上

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X19311060

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X19319912

                        

图1. 实验钢在1000 氧化100 h表面富Fe,富Cr和富Mn氧化物的百分比

(通过百分比图可知,在同一氧化条件下不同合金表面氧化物比重存在很大差异;稀土元素Y可促近Fe3O4向Fe2O3转化,同时含Y钢表面富Mn氧化物中MnO2的比重也会显著增加)

                        

图2. 实验钢在900 氧化100h和200h氧化层EBSD图

(通过氧化层EBSD图可知,同一氧化条件下(c,d)含稀土元素Ce钢的氧化层红色铁素体明显少于(a,b)基体钢;稀土元素Ce在氧化过程中会抑制蓝色奥氏体向红色铁素体的转变)

 

(省科学院材料与加工研究所 郑志斌/供稿)

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