1、ND钢高温氧化性能的研究秦 华 3 胡传顺 崔 勇 (辽宁石油化工大学 ) (辽宁抚顺石油三厂 )摘 要 研究 20g钢和 ND钢在 750下的抗高温氧化性能 ,得出氧化动力学曲线 ,进行氧化动力学曲线公式的拟和 ,对氧化后试样的表面进行宏观观察 ,并用 SEM观察氧化膜形貌和用 XRD分析氧化产物的组成成分。实验结果表明 ,在 750氧化时 , 20g钢和 ND钢的抗氧化性能不断降低 ,单位面积的氧化膜重量增加。但 ND钢与 20g钢相比 ,具有较好的抗高温氧化能力 ,腐蚀速率低。关键词 20g钢 ND钢 高温氧化 氧化动力学中图分类号 TQ050 14 + 1 文献标识码 A 文章编号 0
2、25426094 (2006) 0520280203高温氧化腐蚀是导致金属材料失效和破坏的原因之一 1 4 。笔者选择 750作为氧化试验温度 ,对 20g钢和 ND钢的高温氧化性能进行了研究 ,得出了两种材料的氧化腐蚀速率常数 ,评价其抗高温氧化性能。1 试样制备及实验方法将 20g钢和 ND钢制成 20mm 10mm 4mm的试样 ,其化学成分如表 1所示。用 200#水砂纸打磨后 ,经表面处理 ,除去油污及氧化层 ,用螺旋测微仪测定尺寸后放入精度为 0. 1mg的电子天平中称量原始重量。然后将试样放入箱式电阻炉中在 750下进行高温氧化试验。表 1 20g钢和 ND钢的化学成分 % 钢种
3、 C Si Mn S P Cr Cu Sb20g 0. 17 0. 25 0. 39 0. 012 0. 016 0 0 0ND 0. 08 0. 28 0. 55 0. 025 0. 030 1. 0 0. 37 0. 082 实验结果及分析2. 1 氧化动力学规律图 1是 20g钢和 ND钢的氧化动力学曲线。在 750时曲线符合直线规律 ,即 G = Kt ( K为氧化速度常数 5 )。对 20g钢和 ND钢的氧化实验数据进行公式拟和后得到 20g钢的氧化速度常数为 1. 150 1024 mg/ ( cm2 h) , ND钢的氧化速度常数为 0. 495 1024 mg/ ( cm2 h
4、)。可以看出 ,在同一温度、同一保温时间的条件下 , 20g钢的氧化速率常数大于 ND钢的氧化速率常数。图 1 20g钢和 ND钢在 750 /20h氧化动力学曲线2. 2 氧化实验结果的宏观分析由 Fe2O相图可知 ,在不同温度下金属表面形成氧化膜的组成、结构与氧化的温度和时间有关。因此对氧化膜的光泽和颜色进行观察 ,能宏观判定其氧化程度。对 20g钢和 ND钢氧化后 (750 )的试样所进行宏观判断结果如表 2所示。表 2 20g钢和 ND钢的氧化试样宏观判断结果钢种 保温时间 /h2 4 6 8 10 12 14 16 18 2020gND注 : 试样表面呈深灰色 ,氧化较为严重 ;试样
5、表面呈深灰黑色 ,严重氧化。082 化 工 机 械 2006年3 秦 华 ,女 , 1978年 12月生 ,助教。辽宁省抚顺市 , 113001。从表 2宏观判断结果可知 , 20g钢和 ND钢试样表面的氧化程度随着保温时间增长而加重。ND钢在 750下保温 12h,试样表面严重氧化 ,抗氧化能力急剧下降。金属表面形成较厚的氧化膜 ,遭受严重的腐蚀。2. 3 氧化产物的分析XRD结果如图 2所示 ,经分析 20g钢和 ND钢在 750 /20h氧化后 ,它们的氧化产物主要是由 Fe3 O4、 Fe2 O3 和 FeO组成。与 20g钢相比 ND钢的含碳量小于 0. 1,此外在 ND钢中还加入了
6、微量的 Cu、 Sb、 Cr等元素 ,采用特殊的冶炼和轧制工艺后 ,表面形成一层富含 Cu、 Cr的合金层 ,当ND钢被氧化时 ,其表面会生成一种尖晶石结构的氧化产物 FeCr2 O4 ,这种氧化物与构成它的任一单个氧化物的性质不同 ,它结构致密 ,有较强的抗氧化性能 6 。因此 ,在 750氧化时 , ND钢的氧化速度要小于 20g钢的氧化速度。 ND 钢和20g钢试样氧化后的表面氧化膜形貌如图 3所示。图 2 20g钢和 ND钢在 750 /20h氧化后的 XRD图图 3 ND钢和 20g钢试样表面的氧化膜形貌3 结论3. 1 ND钢在 750 /20h氧化时 ,随着氧化时间的增加 ,氧化
7、膜的重量增加 ,其氧化动力学常数为0. 495 1024 mg/ ( cm2 h) ,约为 20g钢的氧化动力学常数的 1 /2。312 ND钢经 750 /20h氧化后 ,其试样表面生成 FeCr2 O4 尖晶石氧化产物 ,与 20g钢相比 ,具有较好的抗高温氧化能力 ,腐蚀速率低。参 考 文 献1 李铁藩 . 金属高温氧化和热腐蚀 . 北京 :化学工业出版社 , 2003. 160 1922 金立国 ,赵晓旭 ,张锐 . 耐高温氧化石墨材料抗氧化性能研究 . 炭素 , 2005 (2) : 18 213 刘彬 ,刘建华 ,卢军从 . Cu2Cr合金高温氧化行为分析 .上海有色金属 , 20
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9、 ND S tee lQ IN Hua1 , HU C huan shun1 , CU I Yo ng2(1L iaoning U niversity of Petroleum and Chem ical Technology, Fushun, 113001, L iaoning, China;2 Fushun N o3 Refinery O il Plant, Fushun Petroleum Com pany, Fushun, 113001, L iaoning, China )Ab s trac t The high temperature oxidation p roperties o
10、f 20g steel and ND steel below 750 were studied, theoxidative dynam ic curve was derived, the curve formula of oxidative dynam ics was fitted, a macroscop ic obser2182第 33卷 第 5期 化 工 机 械 vation was carried out of the samp le surface after oxidation, the shape of oxidation film was observed withSEM ,
11、the components of the oxidation p roducts were analyzed with XRD. The test result shows that the oxida2tion p roperties of 20g steel and ND steel were gradually reduced at 750, the weight of oxidation film in unitarea was increased. The high temperature oxidation p roperty of ND steel was better than that of 20g steel andits corrosion rate was lower.Keywo rd s 20g Steel, ND Steel, H igh Temperature Oxidation, Oxidation Dynam ics282 化 工 机 械 2006年
