多道次熱軋過(guò)程中奧氏體不銹鋼的氧化皮演變機(jī)制及影響因素.pdf

1、奧氏體不銹鋼在工廠(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)中，一般采用爐卷軋機(jī)進(jìn)行精軋。這種熱軋過(guò)程中將產(chǎn)生大量的氧化皮。該類(lèi)氧化皮的存在，不僅影響熱軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且影響酸洗的難易程度，故通過(guò)模擬爐卷熱軋過(guò)程的多道次熱軋?jiān)囼?yàn)對(duì)奧氏體不銹鋼的氧化皮演變機(jī)制和影響因素的研究，為控制氧化皮的演變，進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。
　　 本文在THERMORESTOR-W熱/力模擬試驗(yàn)機(jī)腔室內(nèi)部的加熱線(xiàn)圈下方，設(shè)計(jì)兩輥的熱軋裝置；同時(shí)，在試驗(yàn)機(jī)的外部配置一套配氣

2、系統(tǒng)，氣體可通過(guò)試驗(yàn)機(jī)的冷卻系統(tǒng)入口進(jìn)入試驗(yàn)機(jī)的腔室，進(jìn)行氧化試驗(yàn)。利用上述試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)鑄態(tài)304奧氏體不銹鋼進(jìn)行多道次熱軋?jiān)囼?yàn)，利用掃描電子顯微鏡和X射線(xiàn)光電子能譜分析氧化皮的形貌和相類(lèi)型，研究了奧氏體不銹鋼在多道次熱軋過(guò)程中的氧化皮演變機(jī)制?；谘趸ぱ葑儥C(jī)制，開(kāi)展改變加熱溫度和氣氛的熱軋?jiān)囼?yàn)，通過(guò)分析氧化皮形貌變化和氧化物-金屬界面的近基體側(cè)Cr濃度變化，得到了溫度和氣氛影響氧化皮演變的本質(zhì)原因。同時(shí)，對(duì)未經(jīng)熱軋的試樣，進(jìn)行氧化，

3、將該條件下得到的氧化皮形貌和氧化物-金屬界面的近基體側(cè)Cr濃度與熱軋?jiān)嚇舆M(jìn)行對(duì)比，得到了熱軋影響氧化皮演變的本質(zhì)原因。最后綜合考慮溫度、氣氛以及熱軋對(duì)氧化皮演變的影響，得到了控制氧化皮演變的方案。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.奧氏體不銹鋼在多道次熱軋過(guò)程中，主要形成單層、塊狀以及層狀氧化皮。對(duì)于單層氧化皮，形成過(guò)程為，表面首先形成鐵的氧化物，當(dāng)Cr的選擇性氧化需要的動(dòng)力學(xué)條件滿(mǎn)足后，在金屬基體中形成連續(xù)的Cr2O3層。對(duì)于塊狀氧

4、化皮，其形成是由于熱軋的引入使已經(jīng)形成的層狀氧化皮破碎為塊狀，因此，其中的相類(lèi)型和相分布與層狀氧化皮一致。對(duì)于層狀氧化皮，形成過(guò)程為，首先形成鐵的氧化物，隨后，進(jìn)行保護(hù)性氧化，此時(shí)Cr2O3在金屬基體中以顆粒狀沉淀的形式形成，當(dāng)其與金屬的界面近基體側(cè)的Cr濃度低于其熱力學(xué)穩(wěn)定性所要求的臨界濃度時(shí)，Cr2O3熱力學(xué)不穩(wěn)定發(fā)生失穩(wěn)氧化，轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的FeCr2O4愈合層，之后，進(jìn)入雙氧化階段，F(xiàn)e向外擴(kuò)散形成外氧化層，同時(shí)氧氣向內(nèi)擴(kuò)散，發(fā)生內(nèi)

5、氧化形成Cr2O3。當(dāng)Cr2O3沉淀又一次熱力學(xué)不穩(wěn)定時(shí)，重復(fù)以上過(guò)程，最終形成復(fù)雜的層狀氧化皮。奧氏體不銹鋼在多道次熱軋后的氧化過(guò)程中氧化皮的演變機(jī)制為循環(huán)氧化模式，隨氧化的不斷進(jìn)行，反復(fù)進(jìn)行保護(hù)性氧化、失穩(wěn)氧化以及雙氧化，最終形成深入金屬基體內(nèi)部的復(fù)雜的層狀氧化皮。
　　 2.在950～1050℃范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)熱軋的奧氏體不銹鋼在短時(shí)間內(nèi)經(jīng)74.5％N2、9％CO2、5％O2以及11.5％H2O組成的混合氣氧化后均形成層狀氧化

6、皮，只有950℃下，經(jīng)過(guò)1道次熱軋的奧氏體不銹鋼被氧化后表面形成單層氧化皮。所有層狀氧化皮中都存在孔洞，且升高加熱溫度和增加熱軋道次，層狀氧化皮的厚度均增加。熱軋過(guò)程中，升高加熱溫度，氧化物-金屬界面的近基體側(cè)Cr濃度降低，更易于發(fā)生化學(xué)失效或失穩(wěn)氧化，導(dǎo)致形成更厚的層狀氧化皮。
　　 3.多道次熱軋過(guò)程中奧氏體不銹鋼的氧化皮的形貌與氧化氣體中的水蒸汽有關(guān)，與熱軋道次和加熱溫度無(wú)關(guān)：用含水蒸汽的氣體氧化時(shí)，形成層狀氧化皮，而用不

7、含水蒸汽的氣體氧化則形成單層氧化皮。增加熱軋道次和升高加熱溫度，氧化皮的厚度均增加，但形貌不變。
　　 4.熱軋顯著影響奧氏體不銹鋼的氧化。經(jīng)過(guò)熱軋的奧氏體不銹鋼被混合氣氧化，其截面上氧化皮形貌和未經(jīng)熱軋?jiān)嚇拥南啾?，兩者呈現(xiàn)不同的形貌：對(duì)于熱軋?jiān)嚇樱趸^短時(shí)間，表面也會(huì)形成較厚的層狀氧化皮，且層狀氧化皮的厚度隨加熱溫度的增加而增加：而對(duì)于未經(jīng)熱軋的試樣，易于形成單層氧化皮，而這種氧化皮在電鏡下也不易辨別。升高加熱溫度，試樣表面