高鋁輕質(zhì)不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)及耐熱耐蝕性能研究.pdf

1、為達到實現(xiàn)不銹鋼輕量化，在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種探索性質(zhì)的 Fe-6Al-9Cr-0.02C-0.2％N-0.5Si不銹鋼，并用真空感應(yīng)爐熔煉出9.06Cr-5.37Al-0.47Si-0.03C-0.018N-Fe輕質(zhì)鋼，利用排水法測得其密度；用 Zeiss光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、X射線衍射等方法和手段分析了鋼的鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)；用馬弗爐、熱分析儀測試研究了輕質(zhì)不銹鋼在800℃、1000℃、1100℃、1200℃的耐氧化性能；通

2、過酸浸實驗和中性鹽霧實驗，檢測并探究不銹鋼的耐蝕性能。得到以下結(jié)論：
　　Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼錠沒有宏觀裂紋和孔洞，鋼的鑄態(tài)組織致密，晶界清晰細小；基體組織是α-鐵素體，以及有序相 Fe3Al、FeCr和少量的化合物AlN；平均顯微硬度是197 HV0.5，與常用的鉻系304不銹鋼（顯微硬度215HV0.5）相近，密度為7.30g/cm3，比3Cr13不銹鋼的密度8.07g/cm3小0.77g

3、/cm3，減輕了9.54%；
　　Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼晶粒很大，直徑達到了0.5mm左右，造成其晶粒粗大的主要原因是，鋁和鉻元素能顯著提高α鐵素體的晶格常數(shù)、降低鋼的致密度，使原子容易遷移，晶粒長大速度加快；其次是因為鋼的基體組織為單相鐵素體，不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，在凝固過程中沒有相變細化晶粒的作用；
　　Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼在800℃空氣中的平均氧化速度

4、為0.068 g/h m2，平均氧化速度均小于GB/T13303-199l標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1 g/h m2，達到了完全抗氧化的級別；
　　Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼在800℃氧化形成的氧化膜物相包含F(xiàn)e2AlCr、AlFeO3、AlFe6Si、(FeCr)2O3、Fe4O3、Cr2O3；1000℃下氧化后氧化膜物相為：Al2O3、SiO2、Fe2AlCr、Al2SiO5、CrO2；1100℃下氧化后氧

5、化膜物相為：Al2O3、Fe2SiO4、Al2SiO5、Cr2O3；在1200℃，表面氧化膜物相相除了 Cr2O3、SiO2、Al2O3外，還有大量復(fù)雜的鐵、鋁、氧、硅、鉻的復(fù)合化合物物相，如：Fe3+2Al2(SiO4)3、Fe2AlCr、（AlCr）2O3、Al2SiO5、Fe(CrAl)2O5等。對比不同溫度下的氧化膜的物相組織發(fā)現(xiàn)，隨著氧化溫度升高，鉻的氧化物由低價態(tài)轉(zhuǎn)為高價態(tài)，鋁的氧化物不斷增多，氧化物的種類中復(fù)雜氧化物增多，

6、氧化程度隨溫度升高不斷增大；
　　Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼的氧化膜主要有紫紅色和綠色氧化物組成，紫紅色氧化物可能是Fe2O3，綠色的氧化物可能是Cr2O3;在氧化膜基體上密集分布著黃白色的島狀組織，且黃白色島組織上又有很多同型紅圈，黃白色的島狀組織可能是Al2O3,同型紅圈可能是Fe2O3，黃白色島組織上存在很多同型紅圈可能是鋼中鋁和鐵選擇氧化還原的原因造成的；另外，在氧化膜上還分布有黑色的島狀組

7、織，黑色島中心部分又呈淡黃色，黑色的島狀組織可能是Fe3O4，中心部分呈淡黃色的物相可能是Al2O3；
　　在濃硝酸浸泡腐蝕實驗中，F(xiàn)e-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼和3Cr13鋼的對比試樣浸泡三天，均未出現(xiàn)腐蝕跡象，一直持續(xù)浸泡10天， Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼試樣的整個表面才開始呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)狀的腐蝕現(xiàn)象，3Cr13鋼的試樣表面也出現(xiàn)很多細小的黑點和條紋；浸泡23天后， F

8、e-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼試樣被腐蝕區(qū)域銹跡嚴(yán)重，表面出現(xiàn)腐蝕脫落，而3Cr13鋼的試樣浸泡試樣表面的蜂窩狀疏松腐蝕已經(jīng)被徹底腐蝕。Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼鹽霧試驗表明，96小時鹽霧試驗后就出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，360小時后試樣表面出現(xiàn)了大量的腐蝕產(chǎn)物。從耐腐蝕性實驗結(jié)果來看， Fe-9Cr-5Al-0.5Si-0.02N-0.03C鋼耐腐蝕性與3Cr13不銹鋼相當(dāng);