耐热钢作为航空航天、化工工业中的重要材料，被广泛用于高温环境中。高温氧化是高温下最常见也是最重要的腐蚀破坏形式，因此研究和发展具有抗高温氧化性能的新材料对于我国的航空工业、化工及国防事业具有深远的意义。
奥氏体耐热不锈钢管310S(0Cr25Ni20)是高铬镍奥氏体不锈钢管，在氧化介质中其有优良的耐蚀性，同时具有良好的高温力学性能，因此它既可以用于耐蚀部件又可以用于高温部件。
此前，国内外研究表明，在钢中加人某些合金元家是改善和提高合金抗氧化性能的重要举措之一，能否形成致密的氧化膜是合金抗高温氧化的关键。 310S奥氏体耐热不锈钢管是一种具有良好的应用前景的高合金耐热钢，但是，有关310S钢管抗高温氧化性能的研究还没有详细的研究报道.本文就是针对其高温抗权化性能进行研究。
1实验方法
1.1试样制备
试验样品选取奥氏体耐热不锈钢管310S，其化学成分(质量分数，%)为: 0.08C , 25.00Cr , 20.00Ni ,2.00Mn,1.00Si。
经感应电炉冶炼铸锭，热轧成1 400 mm x300 mmx12 mm的钢板，再线切割加工成30 mmx10mmx4mm的矩形试样，试样表面经80#到1200#砂纸逐级水磨，然后用金刚石研磨抛光，使试样的各个表面尽量光亮，先后用水、酒精、丙酮清洗，最后吹干备用。用千分尺侧最试样的尺寸并算出其表面积，然后称量氧化前的坩埚和试样的总质量并做记录。
1.2氧化实验
试样置于恒重的氧化铝坩埚内(焙烧坩埚的温度应该比试验温度高50～100℃。并且至少焙烧两次以保证试验数据的精确)，在静止的空气中加热到设定温度(700,900和1000℃)进行氧化实验，在高温电阻炉内进行恒温氧化试验，平行放人5个试样，每隔20 h取出1个试样,1个试样对应1个数据点。循环氧化试验也是在高温电阻炉内进行，放人1个试样，每隔20 h循环一次，共进行5次循环,侮个循环对应1个数据点。
取出试样后，冷却至室温，将试样连同坩埚一起测量质量变化，称重在精度为0.1 mg的AL204型精密电子天平上测量(为减少环境对称重的影响，空冷的时间每次均保持一致)。
采用X射线衍射法(XRD)分析氧化后试样的表面相组成.采用带有能谱仪的扫描电镜(SEM/EDS)进行氧化膜表面的显微组织观察和成分分析。
2实验结果与讨论
2.1氧化动力学分析
图1为310S奥氏体耐热不锈钢管在不同温度下氧化100 h的恒温氧化动力学曲线和循环氧化动力学曲线。采用增重法，通过计算试样单位面积、单位时间的氧化增重即氧化速率来评定其高温抗氧化性能，氧化速率越大，说明抗氧化性能越差.反之抗氧化性能越好。
可见，氧化时间和氧化温度对310S不锈钢管的氧化增重影响很大。该合金在900℃和1 000℃下，氧化初期增垂较大，其氧化的平均速率分别为0.2878和0.5381 mg/cm2.经过约20 h的氧化后有所减小，进人了稳态氧化阶段，氧化增重趋于平缓.氧化速率降低，但一直处于上升趋势，图1(a)和(b)都符合抛物线规律。这说明在试验条件下310S不锈钢管表面形成了致密的保护性氧化膜，氧化膜无开裂，有效地阻止氧原子和其它腐蚀性气体扩散到合金中，提高了合金的使用寿命。
2.2氧化膜表面组成及形貌分析
图2为310S合金在不同温度下(1 000 , 900和700℃)经过100 h恒温氧化后试样表面形貌。可见，700℃氧化后试样表面仍能看见氧化前抛光加工的划痕.只是一部分失去金属光泽，合金发生轻微的氧化.氧化膜表面为金黄色和蓝色.氧化膜无开裂，有效地阻止了氧原子和其它腐蚀性气体扩散到合金中，提高了合金的使用寿命;900，1 000℃时氧化加剧，试样表面发黑，氧化膜均匀，1000℃下氧化膜表面出现局部脱落，随着板化溢度的升高，试样表面的粗糙度逐渐增大.氧化膜不断增厚，表面晶粒逐渐长大。
2.3氧化膜X射线衍射结果分析
对310S合金的氧化膜进行了X射线衍射分析，可看出.在 700℃下氧化后，氧化膜主要有Fe2O3，而在900℃和1 000℃下氧化膜主要有FeO Cr2O3,FeOFe2O3和尖晶石结构((FeCr2O4,NiCr2O4)，根据合金化原理，如果加人的合金元素能生成尖晶石结构或复杂的尖晶石结构，会降低铁离子的扩散速度，提高抗氧化性。
3结论
(1) 310S合金在900,1000℃表面形成了致密的保护性的黑色氧化膜，在700℃表面形成了金黄色和蓝色的氧化膜，氧化膜无开裂，有效地阻止了氧原子和其它腐蚀性气体扩散到合金中，提高了合金的使用寿命。
(2)该钢中Cr在高温时容易形成FeO Cr2O3,FeO Fe2O3和尖晶石结构((FeCr2O4,NiCr2O4)等保护性氧化膜，是310S钢管具有良好的抗高温氧化性能的重要原因。