發(fā)布時(shí)間：2020-07-14 12:52

【摘要】：本文以Fe-5Cr-0.2Si鋼和Fe-10Cr-0.2Si鋼為研究對(duì)象,使用熱重分析儀(TGA)研究了兩種鋼種在空氣氣氛下的高溫氧化行為,通過(guò)分析氧化動(dòng)力學(xué)規(guī)律,計(jì)算出鋼種的氧化速率常數(shù)和激活能,來(lái)比較實(shí)驗(yàn)鋼種的抗氧化能力,并分析不同氧化溫度下鋼種的氧化皮結(jié)構(gòu)。采用管式電阻爐研究了實(shí)驗(yàn)鋼種在空氣中不同時(shí)間下的氧化行為,通過(guò)氧化皮結(jié)構(gòu)分析鋼種的內(nèi)外氧化轉(zhuǎn)變機(jī)理。通過(guò)TGA研究實(shí)驗(yàn)鋼種在含水蒸氣氣氛中的氧化行為,并觀察水蒸氣對(duì)氧化皮結(jié)構(gòu)的影響。5Cr鋼和10Cr鋼在空氣氣氛中氧化60min的氧化動(dòng)力學(xué)遵循線性規(guī)律,通過(guò)建立氧化動(dòng)力學(xué)模型可以得出,5Cr鋼的激活能為114.0099KJ/mol,10Cr鋼的激活能為235.3028KJ/mol,10Cr鋼的抗氧化性更強(qiáng)。兩個(gè)鋼種的氧化皮為雙層結(jié)構(gòu):Fe氧化物組成的外層及富Cr氧化物的內(nèi)層。氧化皮中的Cr_2O_3與空氣中氧發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)的CrO_3使富Cr層揮發(fā),隨著氧化溫度的增加,揮發(fā)愈嚴(yán)重,導(dǎo)致內(nèi)層與外層界面附近出現(xiàn)大量的孔洞。經(jīng)過(guò)1000℃的等溫氧化發(fā)現(xiàn):隨著時(shí)間的增加,氧化皮增厚。在高達(dá)180min的氧化時(shí)間里,5Cr鋼的氧化動(dòng)力學(xué)遵循類線性規(guī)律,而10Cr鋼的動(dòng)力學(xué)遵循類拋物線規(guī)律。Cr含量的增加導(dǎo)致表面氧化皮對(duì)離子雙向擴(kuò)散的阻力加大,使氧化皮更具有保護(hù)性,離子通過(guò)氧化皮的擴(kuò)散的速率變小。較小的離子擴(kuò)散速率導(dǎo)致10Cr鋼的氧化皮/基體界面相對(duì)于5Cr鋼平整。水蒸氣的存在導(dǎo)致氧化皮出現(xiàn)多孔的外層,孔洞延續(xù)到Fe_3O_4內(nèi)部,這些孔洞對(duì)水蒸氣向內(nèi)擴(kuò)散提供了有利的通道。隨著Cr含量的增加,鋼種的動(dòng)力學(xué)由線性規(guī)律向拋物線規(guī)律轉(zhuǎn)變所需的溫度增大,5Cr鋼在800℃和900℃氧化60min時(shí)遵循線性規(guī)律,在1000℃、1100℃和1200℃遵循拋物線規(guī)律。10Cr鋼在1000℃氧化60min仍遵循線性規(guī)律,在1100℃下前1100s的氧化時(shí)間里遵循線性規(guī)律,隨后遵循拋物線規(guī)律,在1200℃時(shí)氧化速率遵循拋物線規(guī)律。在高溫高氧分壓條件下,富Cr的內(nèi)層與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成氫氧根化合物,導(dǎo)致抗氧化的內(nèi)層失效。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2754996