导　　师： 张弛

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 清华大学

摘　　要： 为了降低温室气体的排放量,作为温室气体主要来源的火力发电站呈现出提高发电机组操作温度的趋势。13Cr-5Ni不锈钢被用在发电站的涡轮转子中,因此研究这种不锈钢的高温氧化行为具有重要的现实意义。在本研究中,13Cr-5Ni不锈钢被简化为Fe-13%Cr-5%Ni三元合金。本文研究了水蒸气对Fe-13%Cr-5%Ni合金在800℃高温氧化行为的影响。Fe-13%Cr-5%Ni合金样品于800℃,分别在干燥气氛(Ar-21%O2)以及湿润气氛(Ar-18%02-15%H2O)下氧化43.2ks,86.4ks和172.8ks。用电子天平测量样品在氧化前后的重量,使用光学显微镜(OM),XRD,SEM,EPMA以及EDS等方法鉴定了氧化层的物相,观察氧化膜断面的形貌,以及测定了氧化膜截面上合金元素浓度的分布。 实验发现,湿润气氛中Fe-13%Cr-5%Ni合金的氧化抛物线速率常数比干燥气氛中提高近2个数量级。干燥气氛下合金表面形成的氧化膜由Fe2O3和Cr2O3构成,其中Fe2O3处于试样表面,而Cr2O3处于合金基体与Fe2O3之间,且为连续层。干燥气氛下形成的氧化膜中空洞少；而湿润气氛下保护性的氧化膜不能形成,其氧化膜为双层结构,外层为疏松多孔洞的Fe2O3构成,内层为尖晶石结构的FeCr2O4,由Cr的氧化物固溶于FeO内形成。湿润气氛下Cr的氧化物固溶在水蒸气直接与Fe发生反应生成的氧化物中,形成尖晶石结构的FeCr2O4。水蒸气的影响还体现在,它可能提高了氧在合金中的渗透性,所以在湿润气氛中,在氧化初期,Cr不是形成连续的Cr2O3层而是被氧化形成分散的氧化物颗粒。 Cr2O3在湿润气氛中转变为水合物CrO2(OH)2这一机理在Fe-13%Cr-5%Ni合金的高温氧化行为中并不占据主要地位。可能的原因是实验的温度不够高或者合金中的Cr含量不够高。

关 键 词： 高温氧化 水蒸气 氧渗透性 外氧化 内氧化

领　　域： [金属学及工艺] [金属学及工艺] [金属学及工艺] [一般工业技术] [金属学及工艺]