| 题名 | 奥氏体不锈钢加热过程防氧化涂层制备与性能研究 |
| 作者 | 刘朋 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-06-09 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 叶树峰 ; 陈运法 |
| 关键词 | 防氧化涂层 奥氏体不锈钢坯 高温粘附 氧化烧损 表面质量 |
| 其他题名 | Preparation and Performance of Oxidation Resistant Coating for Reheating of Austenitic Stainless Steel |
| 学位专业 | 化学工程 |
| 中文摘要 | 针对奥氏体不锈钢热轧前的加热过程中，不锈钢的氧化不但造成成材率下降，而且引起钢坯表面质量恶化，影响轧制工艺等诸多问题。在加热过程中采用防氧化涂层技术，已成为解决此问题的一种有效方法，而且具有成本较低、制备工艺简单、利于工业实施等特点。本文选择占我国不锈钢产量一半的奥氏体不锈钢防氧化作为研究对象，对其在加热过程中采用防氧化涂层进行了系统的研究，确定了涂层的制备工艺过程，表征了影响涂层特性的基本参数，全面分析了涂层的防护效果，并初步阐述了涂层防护机理。本工作主要研究结果如下：针对奥氏体不锈钢的主导钢种304及316不锈钢，研究了其在热轧温度区间的高温氧化行为。研究结果表明,304及316不锈钢在中低温度下氧化缓慢，当温度升至某特定值时（对于304不锈钢为950℃，对于316不锈钢为1050℃）发生失稳氧化，氧化速度急速加快。氧化动力学分析显示，发生失稳氧化后，奥氏体不锈钢仍然遵循抛物线氧化规律，计算得出304及316不锈钢在热轧温度范围内的氧化反应活化能分别为：（304）Ea=271.9kJ/mol，（316）Ea=234.8kJ/mol。通过对氧化试样的结构与组分分析研究，发现失稳氧化后，不锈钢表面由双层氧化皮构成，其中外层为单纯铁氧化物，内层为复合氧化物，内氧化层与基体结合紧密，成为恶化不锈钢表面质量的主要因素。通过大量实验研究，给出了奥氏体不锈钢加热过程防氧化涂层的设计原则及筛选流程。以Al2O3-SiO2-P2O5组分体系为基础，确定了具有综合防护效果的涂层体系组成范围，并优选出一组综合防护效果最佳的体系组成方案。对涂层的基本物性探讨表明：最佳涂层体系具有合适的喷涂性能；涂层对于室温至700℃的钢坯均可瞬时结合粘附；1100℃时涂层熔体与不锈钢的润湿角约为10°；冷却过程中涂层可自动剥落；涂层与不锈钢具有较弱的反应性；涂层对钢坯加热过程中的传热影响甚微，不会影响后续轧制工艺。涂层高温熔融与致密化过程研究表明，涂层在420℃时开始烧结软化；517℃时，涂层已开始熔化；689℃时，涂层完全熔融，并开始慢慢铺展；至1300℃时，熔融涂层仍在原处铺展，从而确保了熔融涂层的完整性和致密性。研究了防氧化涂层在加热过程中对304及316奥氏体不锈钢的高温防护效果。涂层对降低304及316不锈钢氧化烧损率效果显著，对304不锈钢，氧化烧损率降低91%以上；对316不锈钢，氧化烧损率降低90%以上；温度越高，涂层对不锈钢基体的防护效果越明显。304及316不锈钢涂覆样的氧化动力学研究表明，其在高温时遵循线性氧化规律，反应受穿过固定厚度的熔融涂层中的粒子扩散控制。相同条件下，保温500分钟后，防护涂层使不锈钢的氧化增重减少90%以上，计算得到的304及316不锈钢涂覆样的氧化反应表观活化能分别为：（304）Ea-coated=170.3kJ/mol，（316）Ea-coated=106.4kJ/mol。304不锈钢涂覆样在1250℃的空气中氧化时，开始阶段原始涂层经历了熔融致密化的过程，形成均匀致密的玻璃态结构。随着时间推移，防护涂层内侧的Cr2O3富集层由初始阶段的分散状态逐渐变为完全覆盖涂层内表面状态，形成了Cr2O3的富集层，隔断了熔融膜与不锈钢基体的接触，从而对奥氏体不锈钢基体起到了防氧化保护作用。系统分析了防氧化涂层对不锈钢表面质量的影响，304及316不锈钢涂层保护试样经加热-冷却过程后，涂层可自动剥落，且表面除鳞率为100%，不仅提高了钢坯表面质量，而且对轧制工艺有利，使轧辊不易损伤。而相应没有防氧化涂层的空白样的外氧化层可完全剥落，而内氧化层仍附着在基体表面，影响表面质量和轧制工艺。防氧化涂层剥落后的不锈钢试样的大部分表面呈现银白色金属表面光泽，基本无氧化物附着，只有试样边缘处生成少量Fe、Cr复合氧化物，由于Cr的选择性氧化，金属界面附近仍存在厚约10μm的Cr贫化层。304不锈钢氧化后试样的酸洗实验显示，经过涂层防护后，不锈钢试样的酸洗时间减少90%，且酸洗后其试样的表面质量优于未经涂层防护的试样。 |
| 英文摘要 | Oxidation of stainless steel during slab reheating not only causes steel loss, but also worsens steel surface quality and badly affects rolling process. Oxidation-resistant coating could be an effective method to solve this problem becaused of its low-cost and easy-to-prepare properties. In this thesis, we chose oxidation protection of austenitic stainless steel, which accounts for half production of stainless steel in China, as the object, and systemically researched oxidation resistant coating for stainless steel slab reheating application, and fixed the coating preparation process, characterized its basic parameters affecting coating property, analysed its protection performance, and briefly revealed the coating protection mechanism. The main results were as follows: |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-23 |
| 页码 | 123 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1662]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘朋. 奥氏体不锈钢加热过程防氧化涂层制备与性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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