奧氏體耐熱鋼廣泛應(yīng)用于電力、冶金和石油化工等行業(yè)的各種耐熱結(jié)構(gòu)件中。其服役環(huán)境具有復(fù)雜性，高溫氧化是材料失效的主要原因之一。材料在高溫下的氧化行為是一個(gè)非常復(fù)雜的變化過程，因此明確氧化物的生長(zhǎng)規(guī)律、形貌及結(jié)構(gòu)特征是提高奧氏體耐熱鋼高溫抗氧化性的關(guān)鍵。

省科學(xué)院材料與加工研究所復(fù)合材料研究室科研人員圍繞提升奧氏體耐熱鋼的高溫抗氧化性開展了多年研究工作。近期，在稀土Y及Ce改性奧氏體耐熱鋼高溫氧化行為的研究方面有重大發(fā)現(xiàn)。結(jié)果表明在1000°C的空氣中恒溫持續(xù)氧化150h后，稀土元素Y不僅使K-52型奧氏體耐熱鋼氧化物的生長(zhǎng)速率降低了48.67%，同時(shí)改變了氧化層的結(jié)構(gòu)組成，促進(jìn)表面富錳帶中MnO2的形成，提高材料表面氧化膜的致密性。稀土元素Ce促進(jìn)了節(jié)鎳奧氏體耐熱鋼中富Cr氧化物的優(yōu)先形成，這有利于氧化物各相之間的應(yīng)力釋放，同時(shí)抑制了氧化膜與基體之間奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，從而阻礙向基體內(nèi)部進(jìn)一步氧化。以上研究成果分別以“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”為題發(fā)表在腐蝕領(lǐng)域top期刊《Corrosion Science》2020年第164和166卷上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X19311060

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X19319912

圖1. 實(shí)驗(yàn)鋼在1000 ℃氧化100 h表面富Fe，富Cr和富Mn氧化物的百分比

(通過百分比圖可知，在同一氧化條件下不同合金表面氧化物比重存在很大差異；稀土元素Y可促近Fe3O4向Fe2O3轉(zhuǎn)化，同時(shí)含Y鋼表面富Mn氧化物中MnO2的比重也會(huì)顯著增加）