结  论 24

致  谢 25

参考文献 26

1  绪论

1.1  钢的氧化机理

研究结果显示[1] ，钢坯表面氧化膜由氧化亚铁（FeO）、四氧化三铁（Fe3O4）和三氧化二铁（Fe2O3）三部分组成。其中，与钢坯接触部分为氧化亚铁（FeO），其含量约占铁皮总量的50％～ 60%。氧化亚铁的性质发粘，粘到钢料上不易除掉。中间部分为四氧化三铁（Fe3O4），其含量约占铁皮总量的35％～ 40％，最外层部分为三氧化二铁（Fe2O3），约占铁皮总量的l0％～ l5%，其性质为细腻有光泽、松脆、易脱落，并且有阻止内部继续剧烈氧化的作用。

一般认为钢的氧化过程首先是在表面形成离子性氧化物，而氧化膜的生长是通过膜中氧和铁离子的扩散来进行的。气氛中的氧分子吸附在膜表面上后，获得电子而离解成氧离子，并向钢铁表面扩散，而铁离子和电子同时从钢表面释放并向膜表面扩散，一旦氧离子和铁离子相遇便生成新的氧化物，这一机制如图1-1所示[3]。

图1-1  氧化膜生长的离子扩散机制图

由于不同钢中化学成分的不同，因而，氧离子和铁离子的扩散规律具有差异，表现出不同的氧化特性和氧化产物，由此可见，应对不同钢种进行不同的氧化特性和加热工艺研究，以达到减少氧化烧损的目的。根据国内外不同钢种氧化特性的研究结果，不同试验温度下的氧化动力学满足如下抛物线规律[2]即（△G/S）2＝Kpt＋C，其中，随着加热温度的提高，值迅速增大，其增长规律满足Arrhenius定律，即：Kp=Ae-Q/(RT)      ①式中：Kp为氧化速度常数；A为常数；T为热力学温度；Q为反应的激活能。源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/

式①表明：温度越高，反应速度越快，生成的氧化膜越厚。由此可见，钢在加热过程发生氧化的基本条件是[1,3]：⑴必须有氧或氧化性介质的存在，如二氧化碳、水蒸气、氧气、二氧化硫等；⑵氧和铁接触，并进行相互扩散；⑶具有一定的化学反应条件，如温度、化学浓度、时间等[4]。

1.2  钢的氧化特性的研究方法

目前,钢的氧化特性试验研究方法主要有两种，即增重法和失重法。采用增重法时可通过绘制增重速度曲线观察各个温度段内氧化物增加情况，增重速度曲线增重速率由热重记录曲线中的微分曲线和公式[5]：dw/dt=n· D· G×10-3 mg/min 算出，式中n--微分曲线偏离基线的格数；D--微分量程；G--测重量程。

    在实验后，将试样的一个端面制成金相试样，用金相显微镜测量脱碳深度，脱碳包括全脱碳层和过渡层关于氧化膜厚度生长规律，其分析过程可采用Wagner理论[1]。钢表面氧化膜生长和转换过程可用一系列的电化学技术和易地表面分析进行研究。包括函数的各种扫描条件及电位氧化的电位范围在7天的循环伏安法电化学研究，并定期进行电化学阻抗谱。并且可将钢在电化学氧化的各个阶段的表面，通过扫描电镜（SEM），拉曼光谱和X-射线光电子能谱（XPS）进行检查[7]。

1.3  影响钢氧化的因素

1.3.1  加热温度的影响

根据文献，中碳钢氧化烧损量与温度及时间的函数关系[8]600～1200℃的经验公式：a=6.3π-l/2e-900/T ，由该公式我们可以看出随着温度的增加和钢坯加热时间的增长钢坯的氧化程度将加剧[9]。 N7-2，N5-3耐磨钢高温氧化性能及氧化机理研究(2):http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_66707.html