本文關(guān)鍵詞：幾種不銹鋼高溫氧化行為研究

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【摘要】：采用恒溫氧化增重法對316LN奧式體不銹鋼和429鐵素體不銹鋼在700℃、800℃、900℃下空氣中的高溫氧化行為進(jìn)行研究，比較兩種不銹鋼不同溫度下的氧化速率、氧化層厚度、氧化層成分組成及氧化層形成機(jī)理。某廠生產(chǎn)的316LN奧氏體不銹鋼中厚板軋制以后產(chǎn)品表面出現(xiàn)裂紋，影響了鋼板的使用性能和表面質(zhì)量。本文以研究表面裂紋的形成機(jī)理為目的，通過表面宏觀形貌觀察、金相組織觀察、試樣截面掃描及能譜分析初步判定表面裂紋的形成原因；而后再采用ANSYS/LS-DYNA有限元模擬軟件對表面含凸起軋件的軋制過程進(jìn)行模擬，找出裂紋形成原因。通過理化檢測分析及對板材軋制過程的數(shù)值模擬知道表面裂紋的形成是由氧化物引起的。此外，工業(yè)生產(chǎn)中用來生產(chǎn)高溫石墨的304不銹鋼坩堝在天然氣和空氣混合加熱條件下使用幾個周期后，出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化失效現(xiàn)象，坩堝上部腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)分層和脫落，致使坩堝不能繼續(xù)使用。為了降低經(jīng)濟(jì)效益，需要找出產(chǎn)生這種現(xiàn)象的成因。經(jīng)過實驗及分析，得出以下結(jié)論： （1）316LN不銹鋼在900℃、800℃氧化膜出現(xiàn)開裂、脫落現(xiàn)象，處于抗氧化級別；在700℃屬于完全抗氧化級別，抗氧化性能優(yōu)異。429不銹鋼在900℃和800℃下均屬于完全抗氧化級。通過比較，可以看出，316LN在900℃和800℃溫度下的抗氧化能力不如429不銹鋼的抗氧化能力。 （2）316LN在900℃氧化時，氧化產(chǎn)物是Cr2O3、尖晶石結(jié)構(gòu)的MnCr2O4、FeCr2O4和Fe2O3；800℃下，氧化膜表層主要是Cr2O3、NiCr2O4、FeCr2O4和少量的Fe2O3；700℃時，氧化膜成分主要是Cr2O3，少量的NiCr2O4、FeCr2O4和Fe2O3。429不銹鋼高溫氧化過程中，氧化膜表面檢測到的基體相的峰較強(qiáng)，氧化膜不能完整覆蓋試樣的表面，900℃時氧化產(chǎn)物是Cr2O3和FeCr2O4；800℃高溫氧化產(chǎn)物是Cr2O3，沒有FeCr2O4的存在。 （3）316LN不銹鋼的動力學(xué)曲線符合拋物線→直線→拋物線的增長規(guī)律，429不銹鋼的氧化動力學(xué)曲線符合拋物線增長規(guī)律。 （4）在氧化溫度升高時，316LN和429不銹鋼的氧化速率都會變大。在900℃下，高溫氧化35h以前，429不銹鋼的氧化速率大于316LN不銹鋼的氧化速率，伴隨氧化時長增加，429不銹鋼的氧化速率慢慢小于316LN不銹鋼。在800℃下，429不銹鋼的氧化速率始終小于316LN不銹鋼的氧化速率。 （5）316LN中厚板表面裂紋呈現(xiàn)“指甲蓋”狀，裂紋頭部與軋制方向一致，裂紋分布沒有明顯規(guī)律。表面裂紋的形成是由于軋制前鑄坯上凸起區(qū)域的表面除鱗不完全，F(xiàn)e、Cr等復(fù)合氧化物沒有被完全除去，在軋輥和鑄坯較大的摩擦力作用下，凸起區(qū)域被翻轉(zhuǎn)、壓延進(jìn)入基體，裸露在鑄坯表面的氧化物脫落，嵌入內(nèi)部的氧化物由于硬度高、脆性大，與基體不易結(jié)合，在進(jìn)一步軋制過程中無法焊合。 （6）解決316LN鋼中厚板表面裂紋問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑是適當(dāng)加大除鱗力度，必要時對板坯進(jìn)行表面修磨處理。 （7）ANSYS/LS-DYNA有限元模擬軟件可以直觀地模擬板材軋制過程，觀察軋制過程中不同時刻的應(yīng)力應(yīng)變場、位移、速度場以及某一點(diǎn)位移隨時間的變化規(guī)律，找出不足之處并提供解決方案。 （8）304不銹鋼坩堝表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的氧化失效現(xiàn)象，氧化物的形成過程是Cr元素先擴(kuò)散到金屬基體表面，在表面與氧反應(yīng)形成Cr2O3，向表面進(jìn)行傳質(zhì)擴(kuò)散的Ni、Fe元素也在表面和氧發(fā)生反應(yīng)生成Ni、Fe的復(fù)合氧化物，隨后，Cr2O3生成易揮發(fā)的CrO3，使部分Cr2O3揮發(fā)，Cr2O3膜層部分破壞。 （9）304不銹鋼坩堝上部氧化層厚約200μm，外層氧化物是Cr2O3和Fe3O4，內(nèi)層是NiO和Cr、Fe的復(fù)合氧化物。304不銹鋼坩堝中部氧化層厚約100μm，，氧化物層是Cr、Ni、Fe的復(fù)合氧化物。 （10）可以通過更換不銹鋼坩堝材質(zhì)，將奧氏體不銹鋼坩堝的材質(zhì)換成鐵素體不銹鋼來延長坩堝的使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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