不銹鋼高溫氧化性質

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重慶的小吳

不銹鋼高溫氧化性質
2008-9-11 15:38
+ l7 [4 _" w  k高溫下,，不銹鋼的氧化性能受到很大的影響，其氧化層有結構性的變化,。  
2 A3 A& X( d1 o  c4 {一,、氧化膜；
9 e0 w. K  \0 ?# B不銹鋼在室溫情況下,，表面只生成Fe3O4,，F(xiàn)e2O3相二層結構，當溫度〉570度時,，生成FeO層,，所以高溫環(huán)境，表面氧化膜為三層結構,。從高溫冷卻回的過程：FeO要分解,，氧化皮層中有相變。
膜內部電子環(huán)境考慮：
$ |; |1 I. `6 ?- Z3 s/ _! B       陽離子空位：P型半導體  如FeO ，F(xiàn)e3O4膜
5 k3 V1 Y4 W+ r7 p       陰離子空位：N型半導體  如Fe2O3膜  
3 u/ Y$ i) @; S& {7 m8 G0 l
過程解釋：氧化過程的主要是氧離子和鐵離子（合金元素形成的離子）在氧化層中的擴散,，同時也是電子傳導過程,。這個氧化腐蝕的過程，本質上也是一個電化學腐蝕過程,。這也是不銹鋼和耐熱鋼在理論上的共同基礎,。
) g$ b' f6 i0 [. ~. \  b實際工件表面的氧化層，還有以下性質：
# E, \- H& ~3 Z+ B" d* h8 [ ①通過對氧化物體積和被氧化物體積的比較,，判斷氧化膜是否覆蓋工件表面,；
   例：V(FeO)：V(Fe)=1.77；V(Fe3O4)：V(Fe)= 2.09
           V(Fe2O3)：V(Fe)=2.14
          判定：大于1說明可以覆蓋表面,，考慮體積,，比值，層與層的應力,，可以推斷出容易起皮,。
& ?9 M# {. d: }9 U8 |" ?3 q②生成的氧化物結晶結構和致密性；
③和基體金屬的結合,。
+ v/ W9 X/ t% T) [ 二,、氧化速度；
9 ~( X8 T! o. e2 C  j氧化速度主要取決于化學反應的速度和擴散的速度,，溫度的升高,，化學反應的速度和擴散速度將增加，隨著時間的延長和膜的的增厚或膜的致密性的提高而減慢,，因此氧化速度可有下列三種情況：
1）氧化膜不完整,、不連續(xù)時，像氧化物比體積小的鎂,、鉀,、鈣等，他們的氧化膜增厚和時間的關系是樣：y=Kt+A,；
2）氧化膜是覆蓋在金屬表面的,，膜層中可以進行離子擴散。像鐵,、錳,、鈷、鎳,、銅等的氧化膜,。膜層增厚的關系：y*y=kt+A；
3）膜不僅覆蓋金屬表面,，而且膜層中離子擴散困難,。像鉻、鋁、硅等的氧化膜,。膜層增厚為：y=lnKt（STS表面膜的狀態(tài)的解釋）  
2 c0 R5 y0 S8 [+ d5 M4 V" T, N三,、提高鋼氧化性能的途徑。
9 A5 s* t' G$ `3 I' D! j3 {①.加入合金元素降低氧化膜中的擴散,；
②加入合金元素，提高氧化膜的穩(wěn)定性,；
9 Q& f& f5 o7 [③.加入合金元素,，形成致密，穩(wěn)定的合金氧化膜,。
& S" S0 ?' }0 C8 b3 m' q/ v3 c# N高溫下工作的鋼件（包含STS）,，由于氧化有自發(fā)的趨勢，氧化是一定要發(fā)生的,。但是如前所述,，氧化的速度，繼續(xù)氧化問題是可以改變和控制的,，通過加入合金元素,，改變氧化膜層的傳導性，降低氧化膜中的擴散,，提高氧化膜的穩(wěn)定性,；形成致密穩(wěn)定的合金元素氧化膜，提高膜的保護性,，從而提高鋼（STS鋼）的抗氧化性,。（空氣中的考慮）
四、在高溫下不同環(huán)境下的腐蝕考慮（STS）
① 加入合金元素后,，基體金屬（A）,、合金元素（B）在氧化時可能出現(xiàn)三種情況：1.形成A氧化物中有B離子2.形成的B的氧化物中含有A離子；A,，B各自形成氧化物,。
     在P型半導體（金屬離子空位）加入低價合金元素離子；如NiO的氧化膜中溶進一些一價Li離子,，所以Ni++通過空位的傳導性減弱,。
     在N型半導體（陰離子空位）加入較高價的合金元素離子；
這樣會導致陰離子空位的降低,，使氧離子傳導削弱,，鋼的抗氧化性也將提高。
② 加入合金元素,，提高氧化膜的穩(wěn)定性
3 X6 p4 k3 W1 X1 W$ i& x2 n' Z合金元素氧化物按點陣結構,、離子半徑、電負性的條件的不同，穩(wěn)定性不同,。Cr,、Al、Si的氧化物點陣結構接近Fe3O4,，它們的離子半徑比鐵小,，易穩(wěn)定密度大的Fe3O4，縮小FeO形成溫度,。Mn,、Cu的離子半徑大于鐵，易溶于疏松的FeO,，他們是FeO的穩(wěn)定劑,，擴大FeO的相區(qū)，降低FeO形成溫度,。  
合金元素對FeO共析溫度的影響

. w& o7 d: `4 l3 Z; k9 aSTS上的解釋：在Cr,、Ti、Al含量高時,，F(xiàn)eO相區(qū)會消失,。
+ b" i$ Q1 t" A6 u- K; k ③加入合金元素，形成致密,，穩(wěn)定的合金氧化膜
. }) u0 j- [8 p. h# K# K當鋼中加入合金元素Cr,、Ti、Al,、Si時,，則在氧化的過程中，由于鐵離子的消耗,，而鉻,、鋁、硅等氧化物的穩(wěn)定,，會使氧化物的底層逐漸富集為穩(wěn)定的氧化物的膜層,，形成以Cr2O3，Al2O3,、SiO2為主的氧化膜,，這類氧化膜形成時，鐵,，氧通過膜的擴散嚴重受阻,，氧化性顯著提高。
+ p6 @9 a$ X  t
# L  [7 n  U' j1 N6 Z條件：高溫〉570度
1 }6 M6 L+ E4 O1 e  W  H* N$ G從左到右：
A.純鐵
/ Q4 w' _! d; d! GB.12.23%Cr
C.25%Cr  

& [, E  E2 T/ M# a 不同Cr含量在相同溫度下對不銹鋼表面氧化的影響,。