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研究揭示第二相颗粒对高Mn节镍奥氏体耐热钢抗氧化性能的影响机制

来源: 时间:2021-06-15

  高Mn节镍奥氏体耐热钢是Cr-Ni系奥氏体耐热钢的理想替代材料,具有优异的力学性能和较低的Ni元素用量。但如何有效解决高Mn含量导致的奥氏体耐热钢抗氧化恶化现象是突破其高温应用限制的重要研究课题也是难点。

  广东省科学院新材料研究所郑开宏教授研究团队在前期研究基础上,利用原位内生铸造技术制备的M2B+TiCN颗粒增强Fe-18Cr-10Mn-4Ni奥氏体耐热钢实现了抗氧性的大幅度提升,解决了高Mn节镍奥氏体耐热钢高温抗氧化性不足这一问题,并揭示了其抗氧化强化机理。

  研究表明,第二相颗粒的引入加速了Mn向外扩散,形成含有足够Cr的铁素体层,以维持Cr2O3保护层的形成和生长,从而提高高Mn奥氏体耐热钢的抗氧化性。第二相颗粒的选择性氧化形成的内部氧化物对氧化膜起到钉扎作用,从而提高氧化膜的抗剥落性(见图4)。本项研究不但实现了高Mn节镍奥氏体耐热钢抗氧化性能的巨大提升,同时也为高Mn节镍奥氏体耐热钢的合金设计提供了新的思路。

  研究成果于2021年4月发表在国际期刊《Corrosion Science》上,刘天龙博士为第一编辑,郑开宏教授和骆智超博士为共同通讯编辑。


  图1 (M2B+TiCN)p/Fe-18Cr-10Mn-4Ni奥氏体耐热钢的微观组织


  图2 新型奥氏体耐热钢表现出极佳的抗氧化增重和优秀的抗氧化膜剥落性


  图3 新型奥氏体耐热钢的氧化机制示意图


  图4 新型奥氏体耐热钢亚表面形成了具有充足Cr含量的铁素体转变层使其获得优异的抗氧化性(图f);颗粒氧化形成的波浪形氧化膜/基体界面对氧化膜起到钉扎作用提高了抗剥落性(图b和d)

  论文信息:

  Liu, T. L., Zheng, K. H., Lin, Y. F., & Luo, Z. C. (2021). Effect of second-phase particles on the oxidation behaviour of a high-manganese austenitic heat-resistant steel. Corrosion Science, 182, 109284.

  原文链接:

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X21000500

  (省科学院新材料所 刘天龙/供稿)

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