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科研进展

我所在稀土改性奥氏体耐热钢研发方面取得重要进展

发布日期: 2020-04-23

众所周知,奥氏体耐热钢由于其稳定的高温性能而广泛应用于电力,冶金和石油化工等行业的各种耐热结构件中。由于其服役环境的复杂性,高温氧化是材料失效的主要原因之一。添加合金元素可以有效提高耐热钢的高温抗氧化能力,尤其是稀土元素的作用更加显著。在高温氧化过程中,稀土元素对氧化物的生长速度及抗脱落能力和氧化物的相组成及结构都有很大的影响。但材料在高温下的氧化行为是一个非常复杂的变化过程,因此明确氧化物的生长规律及其形貌、结构特征是提高奥氏体耐热钢高温抗氧化性的关键。

我所复合材料彩票之家平台网站 科研人员围绕提升奥氏体耐热钢的高温抗氧化性开展了多年研究工作。近期,在稀土Y及Ce改性奥氏体耐热钢高温氧化行为的研究方面有重大发现。结果表明在1000°C的空气中恒温持续氧化150h后,稀土元素Y不仅使K-52型奥氏体耐热钢氧化物的生长速率降低了48.67%,同时改变了氧化层的结构组成,促进表面富锰带中MnO2的形成,提高材料表面氧化膜的致密性。在900°C下的空气中恒温持续氧化,稀土元素Ce促进了节镍奥氏体耐热钢中富Cr氧化物的优先形成,这有利于氧化物各相之间的应力释放,同时抑制了氧化膜与基体之间奥氏体向铁素体的转变,从而阻碍向基体内部进一步氧化。以上研究成果分别以“Effect of rare earth elements on high temperature oxidation behaviour of austenitic steel”和“Effect of Ce on oxidation behaviour and microstructure evolution of a nickel-saving austenitic heat-resistant cast steel”为题发表在腐蚀领域top期刊《Corrosion Science》2020年第164和166卷上,郑志斌博士和刘天龙博士后分别为两篇文章的第一作者,郑开宏教授为论文的通讯作者,我所联合培养博士研究生王帅也重点参与了研究工作及论文撰写。该工作得到了广东省彩票之家平台网站 建设国内一流研究机构行动专项、广东省科技计划项目及广州市科技计划项目等的资助。

《Corrosion Science》是材料腐蚀领域的顶级期刊,涉及高温氧化,电化学腐蚀,应力腐蚀开裂以及腐蚀控制的机理和方法等,在国际上有很大的影响力。

论文链接:

图1. 实验钢在1000 ℃氧化100 h表面富Fe,富Cr和富Mn氧化物的百分比


(通过百分比图可知,在同一氧化条件下不同合金表面氧化物比重存在很大差异;稀土元素Y可促近Fe3O4向Fe2O3转化,同时含Y钢表面富Mn氧化物中MnO2的比重也会显著增加)

图2. 实验钢在900 ℃氧化100h和200h氧化层EBSD图

(通过氧化层EBSD图可知,同一氧化条件下(c,d)含稀土元素Ce钢的氧化层红色铁素体明显少于(a,b)基体钢;稀土元素Ce在氧化过程中会抑制蓝色奥氏体向红色铁素体的转变)

(复合材料彩票之家平台网站 郑志斌/王帅)

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