D0I:10.13374/i.issnl00It03.2009.11.040 第31卷第11期 北京科技大学学报 Vol.31 No.11 2009年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2009 铈对Cr12铁素体不锈钢抗高温氧化性能的影响 李亚波)王福明)李长荣)宋波) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要参照标准HB5258一2000中的增重法对不同铈含量的C12铁素体不锈钢的抗高温氧化性能进行测试，利用扫描电 镜(SEM)、X射线衍射(XD)技术等实验手段进行氧化形貌观察和氧化物物相分析，并对氧化物的生成热力学进行了计算. 实验结果表明：氧化物的分析结果与热力学计算结果相吻合.在600℃、700℃及800℃较低温度时生成的氧化产物为具有尖 晶石结构的M304型氧化物，具有良好的保护性，铈的添加可促进这种氧化膜的形成，降低氧化速率；在9O0℃时生成的氧化 产物类型主要为M203型，保护性差，晶粒细的含铈钢初期氧化速率快，但是铈可改善氧化膜与基体的黏附性，在氧化后期阻 止实验钢进一步的剧烈氧化·利用反应元素效应和晶粒尺寸效应可以较好地解释该氧化动力学机制· 关键词铈：抗高温氧化性：铁素体不锈钢：反应元素效应：晶粒尺寸效应 分类号TG142.23 Effect of cerium on the high temperature oxidation resistance of Cr12 ferritic stainless steels LI Yarbo,WANG Fu-ming),LI Chang-rong2),SONG Bo) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Cr12 ferritic stainless steels with different amounts of cerium were obtained,their high temperature oxidation resistance was tested according to the standard HB 5258-2000,oxidation phenomena and products phase analysis were studied by SEM and XRD,and thermodynamic calculations of the formation of oxidation products were carried out.Experimental results show that the oxidation analysis results consist with the thermodynamic calculation ones.The primary oxidation product is M304type spinel oxide at lower temperatures of 600C.700C and 800C.which has good protective capability,and this protective film can be accelerated by adding cerium.As the result,the oxidation rate can be decreased at these temperatures.At 900C,the primary oxidation product is M2O3 type oxide,which has poor protective capability.and cerium-containing steels with refined grain size are oxidized faster at the beginning.Whereas cerium can improve the adherence between oxide and substrate,prevents materials from being further quick oxi- dized in the later period.The oxidation mechanism was well explained by reactive element effect and grain size effect. KEY WORDS cerium:high temperature oxidation resistance:ferritic stainless steel:reactive element effect:grain size effect 抗氧化性是指钢、高温合金及高温防护涂层在 结为稀土元素的反应元素效应，稀土元素在铁素体 高温环境下对空气腐蚀的抵抗能力·Cr12铁素体 中的应用较少，朱京希等研究了稀土元素对430不 不锈钢导热系数高、热膨张系数小，常作为汽车排气 锈钢抗高温氧化性能的影响；结果表明，稀土元素提 系统、燃烧喷嘴等耐热材料使用，进一步提高其抗高 高了氧化层的致密性，提高了氧化层与基体的附着 温氧化性能是一项重要的研究工作， 性，从而提高了不锈钢的抗高温氧化性，而稀土元素 大量文献[5]报道了在奥氏体不锈钢中添加 对不锈钢氧化物的构成无显著影响]， 稀土元素可降低材料的氧化增重，提高其抗高温氧 本文冶炼了不同铈含量的Cr12低铬铁素体不 化性，增强氧化膜同基体的黏附性，并将这种机制归 锈钢，研究了铈对C12铁素体不锈钢抗高温氧化性 收稿日期：2009-03-31 作者简介：李亚波(1976一），男，博士研究生：王福明(l963一)，男，教授，博士，E-mail:wangfuming@metall-ustb-edu-cn铈对 Cr12铁素体不锈钢抗高温氧化性能的影响 李亚波1） 王福明1） 李长荣2） 宋 波1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 参照标准 HB5258—2000中的增重法对不同铈含量的 Cr12铁素体不锈钢的抗高温氧化性能进行测试‚利用扫描电 镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）技术等实验手段进行氧化形貌观察和氧化物物相分析‚并对氧化物的生成热力学进行了计算． 实验结果表明：氧化物的分析结果与热力学计算结果相吻合．在600℃、700℃及800℃较低温度时生成的氧化产物为具有尖 晶石结构的 M3O4 型氧化物‚具有良好的保护性‚铈的添加可促进这种氧化膜的形成‚降低氧化速率；在900℃时生成的氧化 产物类型主要为 M2O3 型‚保护性差‚晶粒细的含铈钢初期氧化速率快‚但是铈可改善氧化膜与基体的黏附性‚在氧化后期阻 止实验钢进一步的剧烈氧化．利用反应元素效应和晶粒尺寸效应可以较好地解释该氧化动力学机制． 关键词 铈；抗高温氧化性；铁素体不锈钢；反应元素效应；晶粒尺寸效应 分类号 TG142∙23 Effect of cerium on the high temperature oxidation resistance of Cr12 ferritic stainless steels LI Y a-bo 1）‚W A NG Fu-ming 1）‚LI Chang-rong 2）‚SONG Bo 1） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT Cr12ferritic stainless steels with different amounts of cerium were obtained‚their high temperature oxidation resistance was tested according to the standard HB 5258—2000‚oxidation phenomena and products phase analysis were studied by SEM and XRD‚and thermodynamic calculations of the formation of oxidation products were carried out．Experimental results show that the oxidation analysis results consist with the thermodynamic calculation ones．T he primary oxidation product is M3O4type spinel oxide at lower temperatures of 600℃‚700℃ and800℃‚which has good protective capability‚and this protective film can be accelerated by adding cerium．As the result‚the oxidation rate can be decreased at these temperatures．At 900℃‚the primary oxidation product is M2O3type oxide‚which has poor protective capability‚and cerium-containing steels with refined grain size are oxidized faster at the beginning．Whereas cerium can improve the adherence between oxide and substrate‚prevents materials from being further quick oxi￾dized in the later period．T he oxidation mechanism was well explained by reactive element effect and grain size effect． KEY WORDS cerium；high temperature oxidation resistance；ferritic stainless steel；reactive element effect；grain size effect 收稿日期：2009—03—31 作者简介：李亚波（1976—）‚男‚博士研究生；王福明（1963—）‚男‚教授‚博士‚E-mail：wangfuming＠metall．ustb．edu．cn 抗氧化性是指钢、高温合金及高温防护涂层在 高温环境下对空气腐蚀的抵抗能力．Cr12铁素体 不锈钢导热系数高、热膨胀系数小‚常作为汽车排气 系统、燃烧喷嘴等耐热材料使用‚进一步提高其抗高 温氧化性能是一项重要的研究工作． 大量文献［1—5］报道了在奥氏体不锈钢中添加 稀土元素可降低材料的氧化增重‚提高其抗高温氧 化性‚增强氧化膜同基体的黏附性‚并将这种机制归 结为稀土元素的反应元素效应．稀土元素在铁素体 中的应用较少．朱京希等研究了稀土元素对430不 锈钢抗高温氧化性能的影响；结果表明‚稀土元素提 高了氧化层的致密性‚提高了氧化层与基体的附着 性‚从而提高了不锈钢的抗高温氧化性‚而稀土元素 对不锈钢氧化物的构成无显著影响［6］． 本文冶炼了不同铈含量的 Cr12低铬铁素体不 锈钢‚研究了铈对 Cr12铁素体不锈钢抗高温氧化性 第31卷 第11期 2009年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．11 Nov．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．11．040