Page 21 - 理化检验-物理分册2025年第五期

徐尚呈，等：GCr15轴承钢氧化物圆点形成条件模拟试验

有一定的函数关系，可用以下经验公式表示 1 200 ℃左右，初轧温度一般在1 100 ℃左右。在初
a =3.155 τ e -900/T （1） 轧及以前工序，如果钢坯表面出现裂纹，均可导致最
终的钢材表面裂纹处出现氧化物圆点，因此不能完
式中： a为氧化烧损量； τ 为加热时间； T为钢的表面
全依据裂纹处是否有氧化物圆点来判断钢材中的缺
热力学温度。
陷是坯料缺陷还是轧制缺陷。
氧化铁皮是高温氧化产物，氧化铁皮的厚度服
[3]
从抛物线氧化定律 。因此，在钢材的加热过程中， 3 结语
脱碳与氧化是并存的，只有在脱碳速率超过氧化速
（1） 在正常氧化气氛下，850 ℃加热、保温10 min
率的情况下才能形成脱碳。当氧化速率很大时,不 后，GCr15轴承钢即可出现脱碳现象，随着加热温度
会发生明显的脱碳现象，即脱碳层产生后被氧化成
的升高，脱碳层深度越深；800 ℃加热、保温10 min
氧化铁皮。因此，在氧化作用相对较弱的气氛中，材
后，钢材开始出现明显氧化层，随着加热温度的升
料会形成较深的脱碳层。
高，裂纹处的氧化层越厚。
随着温度的不断升高，氧元素会穿透裂纹表面
（2） GCr15轴承钢预制裂纹试验显示，在1 100 ℃
的氧化铁皮和脱碳层，并向基体内部渗透，亲氧元
加热、保温10 min后，裂缝两侧的钢材基体内开始出现
素 Si、Mn 和 Fe 等将被氧化，从而在裂纹周围形成
明显的氧化物圆点，温度越高，氧化物圆点颗粒的尺寸
弥散的氧化物圆点。根据热力学原理，计算分析钢
及密度越大。
中主要合金元素Si、Cr、Ni、Mn及基体铁的先后氧
（3） 不能将裂纹附近的氧化物圆点作为判断
化顺序。当温度为1 100 ℃时，SiO 2 、MnO、Cr 2 O 3 、
钢材中缺陷是坯料缺陷还是轧制缺陷的唯一依据，
Mn 3 O 4 、FeO、Fe 2 O 3 、Fe 3 O 4 、NiO 的吉布斯自由能
只可作为判断裂纹是高温还是中低温阶段产生的
ΔG 依次增大， ΔG 的值越小，表示该金属的氧化物
越稳定。可见在高温下，各元素与氧元素的反应 依据。
[4]
能力从大到小依次为 Si、Mn、Cr、Fe、Ni 元素 。 参考文献：
在短时间内，试样裂纹周围要形成氧化物圆点，
[1] 祝桂合，万友堂，张继明，等．钢板表面裂纹及氧化物
试样所处的温度必须达到1 100 ℃及以上，只有这
圆点形成条件模拟试验 [J]．山东冶金，2012（2）：32.
样，氧原子才能获得足够的激活能并在钢中发生扩
[2] 曹安然．弹簧钢防高温氧化脱碳涂层的制备及性能研
散运动；温度越高，氧原子扩散迁移所用的时间也越
究[D]．南京：南京航空航天大学，2010.
短，越容易在短时间内形成氧化物圆点；距离试样表 [3] 张龙，李仕力，刘海英，等．弹簧钢表面裂纹氧化行为
面越近，氧原子的质量分数也就越大，相应地，形成 的研究[J]．天津冶金，2016（4）：33.
氧化物圆点的数量也就越多。 [4] 王畅，于洋，牛涛，等．X80管线钢高温氧化膜的生长
在特殊钢的实际生产过程中，加热温度一般在 机理[J]．钢铁研究学报，2016（5）：59.

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