一種新型Co-Ni-Cr-Fe鑄造合金的高溫氧化性能研究.pdf

1、CSP(Compact Strip Production)技術(shù)是當(dāng)今鋼鐵工業(yè)的前沿技術(shù)之一，它實現(xiàn)了鋼材從鋼水到成品的連續(xù)、自動化生產(chǎn)，武鋼已于2009年引進(jìn)投產(chǎn)。在CSP生產(chǎn)線中，用于轉(zhuǎn)運高溫鋼坯的爐底輥屬于其中的關(guān)鍵設(shè)備，工作溫度可達(dá)1050~1250 ℃，因而對設(shè)備及其零部件的材料有極高的要求。22Co-21Ni-29Cr-2.2Nb-Fe合金（以下簡稱Co22合金）為本課題組開發(fā)的一種用于制作爐底輥輥環(huán)的新型耐熱合金材料，其有優(yōu)

2、良高溫力學(xué)性能、抗腐蝕性能以及相對低廉的成本，但對于該合金高溫抗氧化性能的研究還相對欠缺。本文在承接已有的研究基礎(chǔ)上，對Co22合金的恒溫氧化行為和循環(huán)氧化行為進(jìn)行了研究，并對合金的高溫氧化機理進(jìn)行了分析研究。
　　對不含Si和Mn的Co22基體合金在1050、1150和1250 ℃的恒溫氧化行為進(jìn)行了研究，通過稱重法獲得了合金的恒溫氧化動力學(xué)規(guī)律，并利用XRD、掃描電鏡和能譜分析對氧化膜進(jìn)行了分析。Co22基體合金在1050、1

3、150和1250 ℃下的氧化動力學(xué)曲線均較好的遵循著二次拋物線規(guī)律，氧化速率常數(shù)分別為1.02×10-10、5.13×10-10和2.95×10-9 g2cm-4s-1。三種溫度下形成的氧化膜均由 Cr2O3，(Fe,Ni, Co,Cr)3O4尖晶石和少量的CrNbO4構(gòu)成，其中Cr2O3緊貼著基體表面形成了連續(xù)致密的氧化層，(Fe,Ni,Co,Cr)3O4尖晶石分布于 Cr2O3層的外側(cè)，并可形成連續(xù)的尖晶石氧化層，但未能起到有效的保

4、護(hù)作用。氧化膜的生長過程可分為三個階段，首先為Cr2O3氧化膜的優(yōu)先形成與生長，氧化一段時間以后，F(xiàn)e、Co和Ni等元素大量參與到氧化過程并在氧化層外表面形成尖晶石以及沿基體晶界分布的、凸起的氧化物顆粒混合區(qū)，最后在氧化膜外側(cè)形成了疏松多孔的(Fe,Ni,Co,Cr)3O4尖晶石外氧化層。
　　對三種不同Si和Mn含量的Co22合金在1050 ℃的循環(huán)氧化行為進(jìn)行了研究，獲得了合金60個循環(huán)(1h氧化，30min冷卻)下的循環(huán)氧化

5、動力學(xué)規(guī)律，并分析研究了氧化膜的形貌與成分。三種合金試樣的重量在氧化前期均以近似拋物線的形式增長并在一段時間后出現(xiàn)首次失重，隨后，含1.5wt.％Si、1.0wt.%Mn的Co22合金的重量以似直線的形式隨循環(huán)次數(shù)的增加而緩慢增加，而含1.5wt.%Si、2.0wt.%Mn的Co22合金的重量呈直線形式緩慢減少，含0.5wt.%Si、2.0wt.%Mn的Co22合金在后期出現(xiàn)災(zāi)難性氧化，其重量也以兩段直線的形式急劇下降（先快后慢）。合金

6、在氧化后形成的保護(hù)性氧化膜均以連續(xù)的Cr2O3為主體，在內(nèi)側(cè)有不連續(xù)的SiO2形成并分布在氧化膜/基體界面處甚至侵入到基體中，而在外側(cè)有成分復(fù)雜的尖晶石(含 Cr、Mn、Fe、Co、Ni等)生成。Si含量的提高可促進(jìn)SiO2的形成進(jìn)而增強了氧化膜與基體的結(jié)合能力，因此可以提高合金的抗循環(huán)氧化能力；Mn含量的提高在氧化前期有提升了合金的抗循環(huán)能力的作用，但也會增加氧化膜的剝落量。在本次研究的三種合金中，含1.5wt.%Si、1.0wt.%