奥氏体钢TP347H在高温蒸汽中的氧化特性研究

摘 要：研究了TP347H不锈钢的高温氧化行为，利用蒸汽氧化装置，在650℃和700℃下对TP347H不锈钢管样进行蒸汽氧化试验。氧化时间为1000小时。对1000小时后的氧化膜横截面以及表面形貌进行了分析。TP347H钢在650℃和700℃下的氧化皮的微观结构帮形貌特征分析表明：该不锈钢氧化物分为内、外两层，外层主要是Fe氧化物，内层主要是Fe，Cr，Ni的氧化物。

关键词：氧化；奥氏体钢；微观形貌

蒸汽发电厂提高效率的目标是为了降低燃料消耗和二氧化碳排放量，已经开展了很多年。它可以通过提高蒸汽的温度和压力来实现。更高的蒸汽温度可能会导致在过热器管上较厚的蒸汽侧氧化层，这将增加金属温度，从而导致钢管的腐蚀和抗蠕变性能下降[1]。此外，较厚的氧化物更容易剥离，这会导致过热器管的堵塞[2]。因此，对电厂用钢抗氧化行为的研究具有重要意义。

奥氏体钢TP347H已成为高蒸汽温度和压力的过热器管的候选合金之一。其在650℃和700℃显示出耐水蒸气氧化性。在粗粒度和细粒度TP347H上都形成了双层氧化物。Cr2O3被认定作为在细粒度合金上沿内部氧化物-合金界面的均匀层，而在粗粒度合金中其只在内部氧化物和合金晶界之间的交叉点附近被发现。在Cr2O3形态中的这种差异被归因于在细粒合金中到氧化物-合金界面的Cr运输的增加。在700℃时，细晶粒合金蒸汽氧化的最初500小时内生成个均匀的Cr2O3层，从此以后氧化物的生长明显受到抑制（最大2000小时）。然而，在蒸汽温度750℃和以上时，1000小时氧化后在内层中确定了Cr2O3能带，这表明该层已不再是一种有效的扩散阻挡层。这种形态可能表明了一种具有缓慢动力学的振荡的增长速率，只要能带作为一个有效的屏障并且在侵入后具有更快的动力学。

1 实验

钢材被暴露在两个测试温度中，650℃和700℃，蒸汽压力为0.1MPa。蒸汽流量为2L/min。

2 结果与分析

根据横截面图像和化学成分分布，横截面分为双层结构，一层是富Fe的外层，一层是富Fe-Cr-Ni的内层。外层结构是疏松多孔的，不具有保护性，且很容易发生剥落。内层是一层具有保护性的致密氧化层。Cr和Ni在内层中富集，而在外层中基本上为零。在内层和基体之间存在着一个薄层，该薄层为过渡层，过渡层中氧化成分逐渐变化。由图可知随着氧化温度的升高，氧化发生的越严重。在两种温度下外层与内层氧化膜之间已产生了较大的裂纹。

图2为TP347H在不同温度环境下氧化后的表面形貌。可以看出在试样表面形成了一层致密的氧化层，该致密层均匀，在这些物质下面有一些非常细小的晶体结构。在致密的氧化层上有疖状氧化物，这些疖状物由一些不规则的晶粒组成，在这些晶体中间有大量的孔洞。这种疖状物随着氧化时间逐渐长大。700℃下氧化晶粒尺寸比650℃晶粒尺寸大。

3 结束语

在TP347H蒸汽氧化过程中形成的双层氧化物。内含Cr层的形态被氧化温度所影响。它包括了Fe-Cr氧化物所包围的Fe-Ni-Cr尖晶石区域。在更高的温度下，Fe-Cr氧化物通常构成了几乎整个内部氧化层。因此认为在更高温度下合金内更快的Cr运输是合金形态变化的原因。

参考文献

[1]郭立峰，魏彦筱，张晓昱，等.18-8奥氏体不锈钢水蒸汽氧化的失效分析[J].华北电力技术，2005（8）：21.

[2]沈敏光.探讨防止和减缓氧化皮生成和剥落的方法[J].电力建设，2003，24（9）：18-19.

作者简介：李兵臣（1985-），男，汉，河北省石家庄市，东莞中电新能源热电有限公司，硕士，研究方向：锅炉燃烧。