奥氏体不锈钢渗硅及其抗高温腐蚀性能应用研究

论文摘要

本研究采用固体粉末法,在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢表面制备渗硅层,渗硅温度为1050℃,渗硅时间为4h。利用SEM、EDS和XRD等检测手段分析了渗层的结构、元素分布及相组成,并对渗层形成的反应机理和反应动力学进行了讨论。进行了600℃×100h、600℃×250h和900℃×100h高温氧化实验,对其氧化行为进行了研究分析。对试样表面观察分析,讨论了渗硅层的抗高温氧化性能,并对其作用机理进行了探讨。通过对渗硅试样和原始试样不同时间高温氧化腐蚀后测出的单位面积增重绘制出高温氧化动力学曲线,并对曲线进行动力学分析。由动力学曲线知,渗硅处理的试样有更好的抗高温氧化性能。在930℃下进行了渗碳处理,分析渗硅对高温渗碳的影响。渗层结构致密,呈均匀的柱状晶结构,主要相为Fe3Si,分为两层,最外层为白亮色高硅层,中间是渗硅层主体。渗层主要为类调幅分解产物,沿晶界有少量富硅相析出。利用显微硬度测定渗层的强度,并采用断口法进行结合强度试验,结果表明渗硅层与钢基体结合良好,断口形貌与硅的浓度梯度相关。高温氧化的氧化动力学曲线基本符合抛物线规律,600℃的氧化动力学曲线小幅平稳上升。渗硅试样氧化增重明显低于原始试样,属于完全抗氧化级。渗层的晶粒细小,达到纳米级,晶界正效应以及表面致密的SiO2膜,使其具有良好的抗氧化性能。通过氧化表面形貌的分析,600℃氧化物均匀分布,保护层致密,抗氧化性能强。高温渗碳时,硅能有效阻止碳原子,因此渗硅处理后不锈钢具有一定的抗渗碳性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 奥氏体不锈钢的发展
• 1.2.1 国外奥氏体不锈钢的发展
• 1.2.2 国内奥氏体不锈钢的发展
• 1.2.3 合金元素对奥氏体不锈钢的作用及其性能的影响
• 1.3 抗高温氧化和抗渗碳表面处理技术的发展概况
• 1.4 固体法渗硅
• 1.4.1 固体法渗硅的渗剂要求
• 1.4.2 渗剂对渗硅过程的影响
• 1.4.3 奥氏体不锈钢表面渗硅
• 1.5 本课题研究的主要工作
• 第二章 试验材料与研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试样制备
• 2.2.2 高温腐蚀试验
• 2.3 实验设备
• 2.4 试验结果观察与分析
• 2.4.1 渗层结构分析
• 2.4.2 氧化试验结果分析
• 2.4.3 渗碳试验结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 奥氏体不锈钢渗硅层组织分析
• 3.1 奥氏体不锈钢渗硅层结构形貌和相组成
• 3.1.1 奥氏体不锈钢渗硅层结构形貌
• 3.1.2 渗硅层人工断口的断裂形貌
• 3.2 渗硅层的显微硬度
• 3.3 渗层的精细结构
• 3.3.1 渗硅扩散层中的类调幅分解产物
• 3.3.2 渗层中的无序-有序转变
• 3.3.3 晶界析出物
• 3.4 本章小结
• 第四章 渗硅试样高温氧化试验结果分析
• 4.1 高温氧化后试样增重分析
• 4.2 金属的高温氧化机理
• 4.3 氧化动力学分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 氧化形貌与相组成
• 5.1 渗硅处理试样在600℃氧化表面形貌
• 5.1.1 600℃氧化20h表面形貌
• 5.1.2 600℃氧化80h表面形貌
• 5.1.3 600℃氧化250h表面形貌
• 5.2 渗硅处理试样在900℃氧化表面形貌
• 5.2.1 900℃氧化10h表面形貌
• 5.2.2 900℃氧化40h表面形貌
• 5.2.3 900℃氧化60h表面形貌
• 5.3 本章小结
• 第六章 高温渗碳试验
• 6.1 原始不锈钢钢的渗碳实验结果
• 6.2 渗硅后不锈钢的渗碳实验结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文