金属学报

作者：彭祥阳, 张乐, 李聪聪, 侯硕, 刘迪, 周建明, 路广遥, 蒋虽合

单位：1中广核研究院有限公司 设备研究所 深圳 518000；2北京科技大学 新金属材料国家重点实验室 北京 100083

关键词：超高强度钢,水蒸气氧化,氧化膜,第三组元效应,协同效应,

基金：国家自然科学基金项目(51971018);国家自然科学基金项目(U20B2025)

前期研发的Fe-Ni-Al基超高强度马氏体时效钢表现出了良好的力学和抗辐照性能，然而典型Cr2O3氧化保护膜的耐热钢在轻水反应堆高温高压含水蒸气的服役环境中极易失效，亟待研发兼具抗高温水蒸气氧化、优异力学和抗辐照性能的先进材料。本工作在前期研发的Fe-Ni-Al系超高强度马氏体时效钢基础上添加不同含量的Cr元素，在保持新型马氏体钢优异力学性能的同时，对其在干燥空气和含水蒸气环境中的氧化性能进行研究。采用非自耗真空电弧炉制备合金铸锭，并对时效处理后的高强钢进行600℃干燥空气和潮湿空气2种环境中的抗氧化性能测试，对氧化后样品的表面和截面形貌进行微观组织表征。结果表明，添加9%Cr后的Fe-13Ni-2.3Al高强钢在600℃空气 + 10%水蒸气的气氛中氧化100 h的平均单位面积增重仅为0.1 mg/cm2，是添加5%Cr的Fe-13Ni-2.3Al高强钢和Fe-18Ni-3Al马氏体时效钢的1/50。对氧化后高强钢微观组织表征分析表明，在Al和Cr元素协同作用下，Fe-13Ni-9Cr-2.3Al高强钢在600℃空气 + 10%水蒸气条件下表面自发形成了富Fe、Cr、Al的复合氧化膜，提高了抗高温水蒸气氧化性能，其中Cr通过第三组元效应降低氧化物膜-基体界面氧分压，从而促进在高温水蒸气条件下在基体表面形成致密连续的富Al氧化膜。

来源：2024年第3期

《金属学报》期刊编辑部

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