《Scripta Materialia》：新認知！傳統低合金鋼的高溫氧化行為

研究背景：

高溫氧化一直被認為是導致金屬材料環境降解的關鍵機制之一。鋼鐵作為世界上應用最廣泛的金屬材料，其氧化行為是長期以來的研究重點。值得注意的是，大多數現有研究都集中在特殊材料在使用條件下的高溫氧化行為，而相對較少關注商業級低合金鋼在制造過程中面臨的氧化挑戰。這些氧化條件發生在供應鏈上游，而往往被終端用戶所忽視，并因此給生產企業造成經濟損失。

來自澳大利亞創新復合材料與未來可持續礦業裝備國家中心（ARC ITTC）/澳大利亞伍倫貢大學姜正義杰出教授（中心主任）團隊、天津大學化工學院、伍倫貢大學電子顯微鏡中心以及河鋼集團材料技術研究院的研究人員合作，采用透射菊池衍射（TKD）、透射電鏡（TEM）、球差電鏡（AC-STEM）以及原位高溫顯微鏡等手段，對傳統的商用低合金鋼E70S-6在模擬生產條件下形成的氧化層進行了多尺度分析，為氧化層形成機制提供了新的見解，補充現有的氧化理論。研究的重點是在2小時高溫氧化后形成的微觀結構，對應于工業相關的暴露。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2026.117181

重要發現：

結果表明，Fe2O3并不僅存在于氧化層的表面，還能夠以亞微米晶和超細納米晶的形式分布在氧化層內部孔隙邊緣，而這些孔隙的形成與 Fe3O4生成過程中產生的相變應力和熱膨脹失配密切相關。與此同時，Fe2O3還可沿 Fe3O4氧化層中特定晶面定向生長，形成板條狀和針狀結構，這一組織特征與原位高溫顯微鏡所觀察到的 Fe2O3枝晶生長現象高度匹配，表明氧化物的演化并非簡單的擴散反應，而是伴隨明顯的擇優取向與形貌演化。此外，在富錳區域中還發現一種與 Fe3O4保持共格關系的尖晶石型氧化物 Mn(FeO2)2，其可呈多層重疊的結構形態存在。該研究展示了低合金鋼新的高溫氧化現象，并結合熱力學計算與原位高溫顯微觀察為理解低合金鋼的高溫氧化行為提供了新的理論視角。

相關論文以開放獲取的形式發表于金屬材料領域著名期刊《Scripta Materialia》。該研究受到伍倫貢大學-河鋼集團合作項目、ARC ITTC以及中國-塞爾維亞綠色鋼鐵制造“一帶一路”聯合實驗室的支持。Zhiyang Wang（王志陽）、Jian Han（韓儉）、Zhengyi Jiang（姜正義）教授為本文的通訊作者。Lisong Zhu（朱立松）為本文的第一作者。

圖1：氧化層的分層結構分析

圖2：中層氧化物的TKD以及SAED表征

圖3：計算相圖+裂紋擴展過程和Fe2O3枝晶生長過程的原位高溫顯微鏡觀察（相關動態視頻可在線查看）

圖4：Fe3O4基體中Fe2O3形態的TEM和分析（對應TKD結果）

圖5：富錳區的TEM和原子分辨率高角度環形暗場分析

補充圖片：原子分辨率Z襯度分析揭示Mn(FeO2)2重疊結構

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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