High-Temperature Nitridation of Chromia- and Alumina-Forming Steels: A Comparative Study on Nitride Formation, and Corrosion Resistance

Sammanfattning

Högtemperaturkorrosion är en avgörande fråga inom modern industriell forskning. Nitridering, som en form av högtemperaturkorrosion, är relevant för tekniska komponenter som används vid höga temperaturer. Detta projekt syftar till att undersöka nitrideringsbeteendet vid förhöjda temperaturer hos fyra kommersiella legeringar, indelade i två stålkategorier: kromoxidbildande legeringar (EN 1.4622, 253MA) och aluminiumoxidbildande legeringar (Kanthal® EF101, Kanthal® APM). Proverna exponerades för en kontrollerad gasatmosfär bestående av 50 % NH₃/50 % N₂ under 1 respektive 24 timmar vid 900 °C. Efter nitrideringen karakteriserades proverna med olika tekniker, svepelektronmikroskopi (SEM) i kombination med energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS) samt röntgendiffraktion (XRD), för att vidare studera nitrideringsbeteendet. Studien är uppdelad i två delar. Den första delen fokuserar på effekten av legeringarnas mikrostruktur och legeringselement på nitrideringen av EF101, 253MA, APM och 1.4622. Den andra delen behandlar effekten av föroxidering på nitridering. Resultaten visar att nitrideringsbeteendet hos olika legeringar påverkades av deras elementära sammansättning och mikrostruktur. Aluminium, krom och titan främjade nitridbildning, medan närvaron av kisel och ett tätt aluminiumoxidskikt effektivt hämmade kvävediffusionen. Bland de studerade legeringarna uppvisade EF101 begränsad nitridering, där aluminium- och kromnitrider bildades nära ytan och längs olika diffusionsvägar. AlN förekom i stav-, platt- och bo-liknande morfologier. APM uppvisade den djupaste nitrideringen och ett mer sammanhängande nitridnätverk, vilket tillskrivs dess högre halter av aluminium, krom och mangan samt lägre kiselhalt, vilket minskar motståndet mot kvävediffusion. EN 1.4622 uppvisade kromnitrider främst längs korngränser I överensstämmelse med den höga kvävediffusiviteten och den strukturella oordningen i dessa områden. 253MA uppvisade högre nitrideringsbeständighet än 1.4622, sannolikt på grund av sin högre nickel- och kromhalt. Föroxidering av EF101 resulterade i bildningen av ett tätt aluminiumoxidskikt som avsevärt hämmade både kvävediffusionen och nitridbildningen, vilket förbättrade nitrideringsbeständigheten jämfört med direkt nitridering.