辛文彬等：含砷/铜砷C-Mn钢的高温氧化行为 321· 2eky×1a810m 1569E 2u×1,ee10um 1355BE6 1455E 1455EE日 图5氧化7200s后实验钢氧化层/基体界面形貌图.(a)C-Mn钢，1050℃：(b)As钢，1050℃：(c)Cu-As钢，1050℃：(d)C-Mn钢， 1150℃；(e)As钢，1050℃：(f0Cu-As钢，1150℃ Fig.5 SEM micrographs of the scale/steel interface after oxidation for 7200s:(a)C-Mn steel,1050C:(b)As steel,1050C:(c)Cu-As steel, 1050℃：(d)C-Mn steel,1150℃：(e)As steel,.1050℃：(f0Cu-As steel,1150℃ x.sa 10 Hm 图61050℃氧化不同时间后As钢氧化层/基体界面形貌.(a)900s:(b)1800s:(c)3600s:(d)7200s Fig.6 SEM micrographs of the scale/steel interface of As steel for different oxidation time at 1050C:(a)900s:(b)1800s:(c)3600s:(d) 7200s 散系数D.约为1050℃时的6.4倍.根据扩散距离计 3 算公式d=(D)nu,在相同的氧化条件下，1150℃ 结论 时Cu和As的扩散距离要大于1050℃时.因此，1150 (1)1050℃下实验钢的氧化动力学均遵循氧化开 ℃时氧化层/基体界面Cu和As的富集量及富集厚度 始较短时间内呈线性氧化模式，而后呈抛物线氧化模 小于1050℃时. 式，As钢和Cu一As钢的抛物线氧化速率要高于C-Mn Cu和As的富集降低了Fe的活度，为保持界面处 钢.1150℃时因氧化层分离，实验钢氧化动力学没有 平衡，F0发生分解，界面处氧的活度增加☒.氧活度增 呈现特定氧化规律，氧化增量低于1050℃时. 加意味着氧沿晶界侵入的速度增加，到达基体与铁和硅 (2)氧化温度为1050℃时，Cu和As改变了氧化 反应，因而As钢中生成与界面平行的氧化物粒子层国. 层各层的厚度，促进了固相Fe2Si0层的生长.As钢中 表3Cu和As在奥氏体中的扩散系数 存在明显的条带状氧化物层，氧化层/基体界面较为平 Table 3 Diffusion coefficients of Cu and As in austenite 坦，而加入Cu后，界面崎岖程度明显增加. 温度/℃ Dou/(m2.s-1) D/(m2s1) (3)Cu和As在氧化层/基体界面发生明显富集. 1050 3.35×10-16网 8.8×10-5 氧化温度由1050℃提高到1150℃时，Cu和As的富集 1150 2.27x10-15四 5.62x10-14[g 层厚度及富集量均减少辛文彬等: 含砷/铜砷 C--Mn 钢的高温氧化行为 图 5 氧化 7200 s 后实验钢氧化层/基体界面形貌图． ( a) C--Mn 钢，1050 ℃ ; ( b) As 钢，1050 ℃ ; ( c) Cu--As 钢，1050 ℃ ; ( d) C--Mn 钢， 1150 ℃ ; ( e) As 钢，1050 ℃ ; ( f) Cu--As 钢，1150 ℃ Fig． 5 SEM micrographs of the scale / steel interface after oxidation for 7200 s: ( a) C--Mn steel，1050 ℃ ; ( b) As steel，1050 ℃ ; ( c) Cu--As steel， 1050 ℃ ; ( d) C--Mn steel，1150 ℃ ; ( e) As steel，1050 ℃ ; ( f) Cu--As steel，1150 ℃ 图 6 1050 ℃氧化不同时间后 As 钢氧化层/基体界面形貌． ( a) 900 s; ( b) 1800 s; ( c) 3600 s; ( d) 7200 s Fig． 6 SEM micrographs of the scale / steel interface of As steel for different oxidation time at 1050 ℃ : ( a) 900 s; ( b) 1800 s; ( c) 3600 s; ( d) 7200 s 散系数 DAs约为 1050 ℃时的 6. 4 倍． 根据扩散距离计 算公式 d = ( D·t) 1 /2［11］，在相同的氧化条件下，1150 ℃ 时 Cu 和 As 的扩散距离要大于 1050 ℃ 时． 因此，1150 ℃时氧化层/基体界面 Cu 和 As 的富集量及富集厚度 小于 1050 ℃时． Cu 和 As 的富集降低了 Fe 的活度，为保持界面处 平衡，FeO 发生分解，界面处氧的活度增加［12］． 氧活度增 加意味着氧沿晶界侵入的速度增加，到达基体与铁和硅 反应，因而 As 钢中生成与界面平行的氧化物粒子层［13］． 表 3 Cu 和 As 在奥氏体中的扩散系数 Table 3 Diffusion coefficients of Cu and As in austenite 温度/℃ DCu /( m2 ·s － 1 ) DAs /( m2 ·s － 1 ) 1050 3. 35 × 10 － 16［14］ 8. 8 × 10 － 15［15］ 1150 2. 27 × 10 － 15［9］ 5. 62 × 10 － 14［15］ 3 结论 ( 1) 1050 ℃下实验钢的氧化动力学均遵循氧化开 始较短时间内呈线性氧化模式，而后呈抛物线氧化模 式，As 钢和 Cu--As 钢的抛物线氧化速率要高于 C--Mn 钢． 1150 ℃时因氧化层分离，实验钢氧化动力学没有 呈现特定氧化规律，氧化增量低于 1050 ℃时． ( 2) 氧化温度为 1050 ℃ 时，Cu 和 As 改变了氧化 层各层的厚度，促进了固相 Fe2 SiO4层的生长． As 钢中 存在明显的条带状氧化物层，氧化层/基体界面较为平 坦，而加入 Cu 后，界面崎岖程度明显增加． ( 3) Cu 和 As 在氧化层/基体界面发生明显富集． 氧化温度由 1050 ℃提高到 1150 ℃时，Cu 和 As 的富集 层厚度及富集量均减少． · 123 ·