不锈钢表面纳米化后耐氧化性研究

【摘要】：众所周知，各种金属工程材料在使用或存放的过程中都会受到不同形式的直接或间接的损坏。在高参数电站锅炉管子的失效原因中，外壁腐蚀与内壁水蒸汽氧化占有重要地位，也是引起锅炉爆漏事故的本质原因之一。采用有效的工艺技术手段对管子表面进行处理，提高材料抗腐蚀性能，有效降低腐蚀产物的生长速度，保证管材热强性能，减少爆漏事故的发生，延长管子的使用寿命，提高锅炉的安全运行水平和可靠性。 在各种表面处理工艺中，表面喷丸被认为是一个有效的手段。提出的机理是喷丸可以使表层氧化膜重建，并改变氧化物的物相构成，使抗氧化性能得到提高。 本文用不同的处理方法使1Cr17铁素体不锈钢和0Cr18Ni9奥氏体不锈钢实现表面自身纳米化。对不同规范下的样品进行在高温空气介质中的氧化试验。利用X-Ray、SEM、TEM和EDX等手段表征材料纳米化和分析其氧化物的形貌及成分。 结果表明1Cr17不锈钢在喷丸时间为60min时，可以实现材料自身的表面纳米化，材料表层的塑性变形层约为40μm，晶粒尺寸约为20nm且比较均匀；随着喷丸时间的延长，在喷丸120min时，材料表层的塑性变形加剧，其塑性变形层约为50μm。0Cr18Ni9不锈钢在进行高能抛丸120min后，可以实现材料自身的表面纳米化，其塑性变形层约为300μm。 1Cr17不锈钢未喷丸试样、纳米化试样和纳米化后退火试样经过不同时间氧化处理后得出：纳米化样品因为表面晶界和缺陷的增加，为Cr元素的扩散提供了更多的通道，在氧化20h后材料的表面形成了一层富Cr的致密的内层氧化物，有效的防止了材料的进一步氧化，提高了材料的耐高温氧化性能；纳米化后退火试样，在氧化12h时表面就可以形成一层致密的内层氧化物，因为退火消除了因喷丸产生的残余应力，