高温用不锈钢要满足高的抗氧化性和耐蚀性这两个基本要求,在综合考虑使用性能和经济效应后可通过添加各种合金元素或对其进行表面处理手段而得到性能优良的耐高温不锈钢。本文以分析某厂用作烧制高温石墨的410S不锈钢坩埚材料腐蚀破坏机理为目的,从该材料高温服役被破坏后的形貌出发,利用SEM、EDS、XRD研究了其在含水蒸气的高温工业煤气介质中氧化后的元素扩散、氧化膜结构、氧化产物类型等方面的内容,总结出了该材料高温氧化破坏的影响因素。在此研究基础上,选择另外两种分属于铁素体组织和奥氏体组织的430和304牌号的不锈钢,采用循环氧化增重法分别确定在900和1000℃的O2氛围中氧化时的相关动力学参数并用显微镜记录氧化进程。从两种材料的氧化速率,腐蚀产物类型和剥落方式等方面进行对比。得出以下结论：(J)三种不锈钢的氧化都遵循以下过程而进行：致密薄膜横向覆盖金属表面-氧化膜纵向增厚并变疏松-氧化膜出现裂纹-氧化膜分层-内外氧化膜及氧化膜与基体间形成孔洞-氧化膜与基体分离剥落。铁素体型不锈钢氧化破坏形式为点蚀和全面氧化,氧化膜上分布着点状氧化物；奥氏体型不锈钢以全面氧化为主,氧化膜为均匀平整的。(2)三种不锈钢在氧化过程均先发生Cr的选择性氧化,生成Cr203膜.都是合金元素向外扩散而使氧化膜向外增厚的。铁素型不锈钢氧化后表层氧化物为铁的氧化物,而奥氏体型不锈钢氧化后表层氧化物为尖晶石类的混合氧化物。(3)三种钢氧化后氧化层都出现分层,外层疏松且存在孔洞,内层较致密,内外层间均存在缝隙,孔洞和缝隙是氧化气氛中氧气和水蒸气等进入的通道。铁素体型不锈钢410S和430在氧化后,均在氧化膜与基体的交界处出现了不连续的气孔,而奥氏体型304无此现象。在氧化膜与基体交界处,在410S和304不锈钢的内氧化膜与基体间存在过渡层,该层贫Cr,厚度均约为8μm。而430的氧化膜总厚度约18μm,观察不到过渡层。(4)温度对氧化过程的影响非常大。在水蒸气存在时,410S不锈钢靠近高温热源的位置氧化膜局部剥落并呈现疏松多孔状,而远离高温热源的一端氧化膜较平整致密无剥落现象。高温下,水蒸气会加速不锈钢氧化的速度,起自催化作用,促进尖晶石结构氧化物的形成。430不锈钢在升温后,氧化速率提高两个数量级,氧化膜表面由裂纹状变为鱼鳞状覆盖在基体表面,仍有保护作用。高于900℃,304的抗氧化性迅速降低,氧化膜出现整层脱落而失去保护作用,使基体不断重复氧化-剥落-氧化的过程。相同温度下,430氧化膜的粘附性比304好。
