Page 20 - 理化检验-物理分册2022年第九期
P. 20
史学星, 等: 加热温度对 15CrMo钢晶间氧化行为的影响
由图4可知: 在750~950℃温度范围内, 随着加热温度 氧化过程的作用机理, 利用电子探针对 15CrMo 钢
的升高, 合金元素 Si , Mn , Cr向外层氧化铁皮和基体不 在加热温度为850℃ 时的晶间氧化试样进行了元素
断扩散, 并发生选择性优先氧化, 最终在外层铁皮和基 面扫描, 结果如图 5 所示。由图 5 可知, 15CrMo 钢
体的交界处富集; 在靠近基体的晶间氧化处, Si , Mn , Cr 在外 层 铁 皮 和 基 体 的 交 界 处, 主 要 是 Si , Mn , Cr ,
合金元素优先富集且最为明显, Mo元素分布不明显; Mo , O 等元素发生富集, 在晶间氧化处主要是 Si ,
当加热温度为850℃时, 15CrMo钢晶间氧化最严重。 Mn , Cr , O 元素优先富集且最为明显, 而 Mo元素只
为了进一步研究 Si , Mn , Cr , Mo 等元素在晶间 能扩散到靠近基体的界面处。
图 5 加热温度为 850 ℃ 时晶间氧化的分析位置及元素面扫描结果
根据热力学计算原理, 当加热温度为850℃ 时, 铁皮的厚度逐渐增大, 晶间氧化深度呈先增大后减
小的趋势, 该钢晶间氧化的鼻尖温度为850℃ , 此时
氧化物自由能 ΔG 由低到 高 为: ΔG SiO <ΔG MnO <
2
的晶间氧化深度约为 12.9 μ m 。 15CrMo 钢在晶间
ΔG Cr O <ΔG Mn O <ΔG FeO <ΔG Fe O <ΔG Fe O <
2 3 3 4 3 4 2 3
,
ΔG MoO ΔG 为负值, 表示该金属氧化物越稳定, 由 氧化处主要是 Si , Mn , Cr 元素优先富集且最为明
3
此可见各金属元素与氧原子的反应能力从大到小依 显, 而 Mo元素只能扩散到靠近基体的界面处。
次为 Si , Mn , Cr , Fe , Mo 。因 Mo 元素 在 钢 中 远 比 建议将加热温度降低至 700 ℃ 以下, 或向钢中
Fe元素稳定, 且其在 15CrMo 钢中含量也不高, 故 添加 Cr , Mo 等合金元素, 可以抑制材料发生晶间
可判定扩散到靠近基体界面处的 Mo元素多以固溶 氧化。
态的形式存在 [ 6 ] 。
参考文献:
综合上述分析结果可知, 15CrMo 钢晶 间氧化
的形成机制在于卷取过程中, Si , Mn , Cr 等 元素在 [ 1 ] 赵谦, 王福明, 何 煜 天, 等 . 不 同 氧 含 量 的 Fe-36Ni因
晶界扩散的激活能显著小于晶内, 同时与氧原子亲 瓦合金的晶间内氧化行为[ J ] . 金 属 热 处 理, 2015 , 40
和力较强的 Si , Mn , Cr等合金元素在晶界发生选择 ( 11 ): 60-63.
[ 2 ] 崔延, 张青绒, 霍登平, 等 . 高碳铬不锈钢 440C 淬火过
性优先氧化, 生成了富含 Si , Mn , Cr等元素的氧化
程晶间氧化与增脱碳研究[ J ] . 热 加 工 工 艺, 2018 , 47
产物, 勾勒晶界, 最终造成了热轧板表层晶间氧化的
( 12 ): 195-197.
形成。当加热温度为 700 ℃ 时, 15CrMo 钢无晶间
[ 3 ] 程磊, 孙 彬, 杜 重 洋 .Fe-Cr 钢 在 空 气 中 的 氧 化 行 为
氧化现象, 850 ℃ 为 15CrMo 钢晶间氧化的鼻尖温
[ J ] . 钢铁, 2020 , 55 ( 7 ): 120-126.
度。当加热温度降低至 700 ℃ 以下时, 可以避免该 [ 4 ] 严立新, 梁亮, 曹光明, 等 . 含 Cr低碳钢的高温氧化行
钢晶间氧化的发生, 在常规 Si-Mn 钢中添加 Cr , Mo 为研究[ J ] . 轧钢, 2021 , 38 ( 1 ): 14-19.
等合金元素, 也可以抑制晶间氧化的发生。 [ 5 ] 杨文彬 .15CrMo钢过热器管爆管原因分析[ J ] . 理化
检验( 物理分册), 2019 , 55 ( 11 ): 808-811.
4 结论与建议 [ 6 ] 张家芸 . 冶金物理化学[ M ] . 北 京: 冶 金 工 业 出 版 社,
15CrMo钢随着加热温度的升高, 其外 层氧化 2004.
4
