至德钢业310S不锈钢管表面氧化膜形貌分析报告

  310S不锈钢管在几种温度下腐蚀浸泡后的表面宏观形貌如图所示，由图可知，在几种温度下，试样表面均生成了一层氧化膜，380℃条件下的为厚的黑色（微带棕色），550℃条件下的为薄的黑色，650℃条件下的为薄的棕色，表明表面氧化程度或产物不一样。据经验初步判断，黑色的应为Fe3O4，棕色的应为Fe2O3。未发现皱褶、膨胀或裂纹，表明膜的生长对应力或应变不敏感。

  310S不锈钢管在380℃/25MPa、550℃/25MPa、650℃/25MPa分别浸泡不同周期后的氧化膜表面形貌如图所示，可以看出氧化膜未出现大面积的剥落，总体比较完整。腐蚀温度和腐蚀时间对氧化膜形貌有重要影响，主要是在拟临界到超临界温度区间，随试验温度升高，310S不锈钢管生成的氧化物颗粒尺寸略有增大。不同温度条件下，随腐蚀时间增加，氧化膜形貌颗粒尺寸变化无规律，或增加，或减小，或基本不变。380℃条件下，氧化物表面形貌随时间变化存在较大差别，当腐蚀时间为400h时，氧化膜由150nm左右的颗粒组成，到2000h尺寸增加至300nm，同时局部表面出现稀疏的大颗粒氧化物（贫Cr、Ni）；550℃腐蚀后，氧化膜由300nm左右的颗粒组成，到2000h尺寸基本不变；50℃腐蚀后，氧化膜由500nm左右的颗粒组成，到2000h尺寸略有减小。

  由此可知，在几种温度条件下，铬元素在氧化膜中主要以Cr2O3形式存在，Fe元素在氧化膜中主要以Fe3O4的形式存在，550℃腐蚀3000h条件下还出现了FeCr2O4的形式。不同温度条件下，Ni基本无形成氧化物，这是由于金属Ni比Fe和Cr稳定，且Ni在氧化膜中的扩散速度比Fe或Cr要慢，因此，氧化膜中Ni几乎未发生氧化反应。采用透射电镜分析，可发现380℃水中腐蚀2000小时后，310S不锈钢管表面的外层膜主要由不连续的Fe3O4组成，约为0.5μm，内层膜为Fe3O4、FeCr2O4、Cr2O3等组成的多晶体，基体为面心立方的奥氏体组织。可发现550℃水中腐蚀后膜的分层不明显，很薄。可发现650℃水中腐蚀3000h后，310S不锈钢管表面的外层膜主要由不连续的Fe3O4组成，约为0.5μm，内层膜为Fe3O4、Cr2O3、FeCr2O4等组成的多晶体，基体为面心立方的奥氏体组织。