310S耐热不锈钢高温循环氧化性能

      310S耐热不锈钢（简称310S）是奥氏体铬镍不锈钢，钢中Ni、Cr含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱性能，尤其是耐高温氧化性能非常优异，在核电、航空航天、军工、石油化工等行业均有广泛应用。高温环境中结构材料暴露侵蚀是310S失效的主要原因。此前，国内外的研究集中在310S热变形、再结晶规律及合金元素对钢抗氧化性能改善和提高方面。实际应用中，310S并非在恒温状态下使用，其使用环境长期处于高低温不断变化的状态，会有中间相析出，其氧化铁皮结构及性能也会有所不同。本工作通过高温循环氧化试验进行研究，探讨循环氧化机理。

产品取自某钢厂生产的310S，钢的化学成分（质量分数，%）为：0.067C，24.47Cr，19.14Ni。连铸坯厚度为220mm，热轧产品厚度为6mm，固溶处理后切成30mm×15mm×4mm尺寸试样，研磨并用水砂纸打磨去除表面氧化皮及线切割加工痕迹，乙醇清洗吹干，放入经充分烘烤的坩埚。120℃烘烤1h，冷却后整体称重，放入电阻加热炉进行高温循环氧化实验。实验温度分别为：800、900、1000、1100、1200℃，加热时间分别为20、40、60、80、100、120、140h，循环间隔时间20h。采用SEM、XRD、EDS对高温循环氧化生产物进行分析。实验结果表明：

（1）310S高温循环氧化随着温度和时间增加，氧化增重呈现抛物线性规律，60h以内增重明显。

（2）高温循环氧化20h时试样表面有片状Cr2O3生成，随着时间增加，试样表面的片状组织变得粗大、分布密度逐步降低；140h时钢板表面全部被FeO·Cr2O3和MnCr2O4所覆盖。

（3）高温循环表面氧化物分为3层，外层为FeO·Cr2O3和尖晶石结构的MnCr2O4氧化膜，中间层为Cr2O3，内层为SiO2；内层的SiO2薄膜会阻碍氧原子向基体扩散，进一步增强了310S的耐氧化性能。

（4）温度在1000℃以下时SiO2氧化膜致密，超过1000℃时致密的SiO2氧化膜会遭到破坏，高温氧化速率增加。耐热不锈钢氧化过程受扩散过程控制，钢的激活能越大，耐高温氧化性能越好。