多道次熱軋過程中奧氏體不銹鋼的氧化皮演變機制及影響因素.pdf

1、奧氏體不銹鋼在工廠的實際生產(chǎn)中，一般采用爐卷軋機進行精軋。這種熱軋過程中將產(chǎn)生大量的氧化皮。該類氧化皮的存在，不僅影響熱軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且影響酸洗的難易程度，故通過模擬爐卷熱軋過程的多道次熱軋試驗對奧氏體不銹鋼的氧化皮演變機制和影響因素的研究，為控制氧化皮的演變，進而優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量提供理論依據(jù)。
　　 本文在THERMORESTOR-W熱/力模擬試驗機腔室內(nèi)部的加熱線圈下方，設(shè)計兩輥的熱軋裝置；同時，在試驗機的外部配置一套配氣

2、系統(tǒng)，氣體可通過試驗機的冷卻系統(tǒng)入口進入試驗機的腔室，進行氧化試驗。利用上述試驗系統(tǒng)，對鑄態(tài)304奧氏體不銹鋼進行多道次熱軋試驗，利用掃描電子顯微鏡和X射線光電子能譜分析氧化皮的形貌和相類型，研究了奧氏體不銹鋼在多道次熱軋過程中的氧化皮演變機制。基于氧化皮演變機制，開展改變加熱溫度和氣氛的熱軋試驗，通過分析氧化皮形貌變化和氧化物-金屬界面的近基體側(cè)Cr濃度變化，得到了溫度和氣氛影響氧化皮演變的本質(zhì)原因。同時，對未經(jīng)熱軋的試樣，進行氧化，

3、將該條件下得到的氧化皮形貌和氧化物-金屬界面的近基體側(cè)Cr濃度與熱軋試樣進行對比，得到了熱軋影響氧化皮演變的本質(zhì)原因。最后綜合考慮溫度、氣氛以及熱軋對氧化皮演變的影響，得到了控制氧化皮演變的方案。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.奧氏體不銹鋼在多道次熱軋過程中，主要形成單層、塊狀以及層狀氧化皮。對于單層氧化皮，形成過程為，表面首先形成鐵的氧化物，當Cr的選擇性氧化需要的動力學(xué)條件滿足后，在金屬基體中形成連續(xù)的Cr2O3層。對于塊狀氧

4、化皮，其形成是由于熱軋的引入使已經(jīng)形成的層狀氧化皮破碎為塊狀，因此，其中的相類型和相分布與層狀氧化皮一致。對于層狀氧化皮，形成過程為，首先形成鐵的氧化物，隨后，進行保護性氧化，此時Cr2O3在金屬基體中以顆粒狀沉淀的形式形成，當其與金屬的界面近基體側(cè)的Cr濃度低于其熱力學(xué)穩(wěn)定性所要求的臨界濃度時，Cr2O3熱力學(xué)不穩(wěn)定發(fā)生失穩(wěn)氧化，轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的FeCr2O4愈合層，之后，進入雙氧化階段，F(xiàn)e向外擴散形成外氧化層，同時氧氣向內(nèi)擴散，發(fā)生內(nèi)

5、氧化形成Cr2O3。當Cr2O3沉淀又一次熱力學(xué)不穩(wěn)定時，重復(fù)以上過程，最終形成復(fù)雜的層狀氧化皮。奧氏體不銹鋼在多道次熱軋后的氧化過程中氧化皮的演變機制為循環(huán)氧化模式，隨氧化的不斷進行，反復(fù)進行保護性氧化、失穩(wěn)氧化以及雙氧化，最終形成深入金屬基體內(nèi)部的復(fù)雜的層狀氧化皮。
　　 2.在950～1050℃范圍內(nèi)，經(jīng)過熱軋的奧氏體不銹鋼在短時間內(nèi)經(jīng)74.5％N2、9％CO2、5％O2以及11.5％H2O組成的混合氣氧化后均形成層狀氧化

6、皮，只有950℃下，經(jīng)過1道次熱軋的奧氏體不銹鋼被氧化后表面形成單層氧化皮。所有層狀氧化皮中都存在孔洞，且升高加熱溫度和增加熱軋道次，層狀氧化皮的厚度均增加。熱軋過程中，升高加熱溫度，氧化物-金屬界面的近基體側(cè)Cr濃度降低，更易于發(fā)生化學(xué)失效或失穩(wěn)氧化，導(dǎo)致形成更厚的層狀氧化皮。
　　 3.多道次熱軋過程中奧氏體不銹鋼的氧化皮的形貌與氧化氣體中的水蒸汽有關(guān)，與熱軋道次和加熱溫度無關(guān)：用含水蒸汽的氣體氧化時，形成層狀氧化皮，而用不

7、含水蒸汽的氣體氧化則形成單層氧化皮。增加熱軋道次和升高加熱溫度，氧化皮的厚度均增加，但形貌不變。
　　 4.熱軋顯著影響奧氏體不銹鋼的氧化。經(jīng)過熱軋的奧氏體不銹鋼被混合氣氧化，其截面上氧化皮形貌和未經(jīng)熱軋試樣的相比，兩者呈現(xiàn)不同的形貌：對于熱軋試樣，氧化較短時間，表面也會形成較厚的層狀氧化皮，且層狀氧化皮的厚度隨加熱溫度的增加而增加：而對于未經(jīng)熱軋的試樣，易于形成單層氧化皮，而這種氧化皮在電鏡下也不易辨別。升高加熱溫度，試樣表面