一种含铝奥氏体不锈钢的高温氧化行为

近年来，核电因其高效、清洁和可持续发展而成为电力能源结构中最重要的组成部分。蒸汽发生器传热管作为核电机组的关键部件需要长期服役在高温高压等苛刻环境中，因此管材需具备优异的抗蠕变性能和抗氧化性能等。有人设计了一种含Al、Nb的新型奥氏体耐热钢，这种耐热钢在高温下能通过析出弥散分布的纳米颗粒NbC来保证钢的蠕变抗力，又能够在钢表面形成连续致密的Al2O3保护膜。对于长期应用于600℃以上工作环境来说，Al2O3保护膜具有更高的热力学稳定性和生长速率。同时这种含铝耐热钢在不增加生产成本可用于更为苛刻的高温环境中。因而这类新型奥氏体不锈钢近年来备受国内为学者的高度关注。基于上述合金设计原理，本课题通过在传统合金800H基础上优化其合金成分开发一种新型含Al、Nb奥氏体耐热钢。 试验用Cr21Ni35NbAl钢采用ZG-0.05真空感应熔炼炉熔炼，钢锭锻成板坯，其化学成分（质量分数，%）为C0.08，Cr20.9，Ni34.9，Al2.4，Mo1.9，Nb0.4，Fe余量。氧化试样尺寸为30mm×15mm×4mm，经过固溶处理后的氧化试样用金相砂纸打磨至2000号为止并抛光，用丙酮和乙醇溶液依次清洗氧化试样并置入烘箱干燥。采用称量法研究了新型Cr21Ni35NbAl钢分别在700℃、800℃和900℃空气中的静态氧化行为，并绘制其高温氧化动力曲线。结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）对高温氧化膜层的形貌及结构进行表征。结果表明： （1）新型Cr21Ni35NbAl钢在700℃、800℃和900℃氧化时氧化动力学遵循抛物线规律，氧化动力学曲线方程为y=axb，氧化膜致密，具有优异的高温抗氧化性能，能够长期服役在700℃环境中。 （2）700℃氧化膜主要为（Fe0.6Cr0.4）2O3和少量Al2O3；800℃氧化膜主要为Al2O3、（Al0.9Cr0.1）2O3和少量Fe（Cr，Al）2O4；900℃时，氧化膜主要为Al2O3和（Al0.9Cr0.1）2O3。