Effect of Rare Earth Cerium and Yttrium on the High Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Heat-resistant Steel

Du Xiaojian; Li Taotao; Zhou Diaoyu

doi:10.20057/j.1003-8620.2025-00095

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Effect of Rare Earth Cerium and Yttrium on the High Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Heat-resistant Steel

Application and Service | 更新时间：2025-09-02

- Effect of Rare Earth Cerium and Yttrium on the High Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Heat-resistant Steel
- Special Steel Vol. 46, Issue 4, Pages: 169-178(2025)
- 作者机构：
  
  1.中北大学机械工程学院，太原 030051
  2.中北大学材料科学与工程学院，太原 030051
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00095
  CLC： TG113.23+3
- Received：13 April 2025，
  
  Revised：2025-05-24，
  
  Accepted：26 May 2025，
  
  Published：30 July 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
杜晓建,李涛涛,周琱玉.稀土Ce与Y对奥氏体耐热钢抗高温氧化性能的影响[J].特殊钢,2025,46(04):169-178.

Du Xiaojian,Li Taotao,Zhou Diaoyu.Effect of Rare Earth Cerium and Yttrium on the High Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Heat-resistant Steel[J].Special Steel,2025,46(04):169-178.
杜晓建,李涛涛,周琱玉.稀土Ce与Y对奥氏体耐热钢抗高温氧化性能的影响[J].特殊钢,2025,46(04):169-178. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00095.

Du Xiaojian,Li Taotao,Zhou Diaoyu.Effect of Rare Earth Cerium and Yttrium on the High Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Heat-resistant Steel[J].Special Steel,2025,46(04):169-178. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00095.

摘要

微量稀土元素可显著提升合金的抗氧化性能，但不同稀土元素的作用机理存在差异，目前尚未得到广泛认知。利用差热分析仪，对耐热钢开展连续升温氧化、恒温氧化和循环氧化等试验，结果表明，添加稀土

［Ce］0.056%与稀土

［Y］0.048%均能显著增强耐热钢的抗高温氧化性能。结合X衍射、扫描电镜及能谱等分析方法的结果显示，在外氧化层中，含稀土元素的耐热钢形成了致密的Cr₂O₃层和FeCr₂O₄尖晶石外氧化物层；在内氧化层中，主要成分为SiO₂，而含稀土Y的耐热钢内氧化层中同时存在Y₂O₃。因此，稀土Ce与Y对奥氏体耐热钢抗高温氧化性能的影响机理为：稀土元素Ce、Y均能促进铬元素向氧化层扩散，形成致密的Cr₂O₃层；稀土Y在内氧化层中生成 Y₂O₃，与SiO₂共同发挥钉扎作用。

Abstract

The addition of trace rare earth elements can significantly enhance the oxidation resistance of alloys， but the action mechanisms of different rare earth elements vary and have not been widely understood. In this paper， a differential thermal analyzer was used to carry out continuous heating oxidation， isothermal oxidation， and cyclic oxidation tests on heat-resistant steel. The results showed that the addition both rare earth elements

［Ce］0.056% and

［Y］0.048% can significantly improve the high-temperature oxidation resistance of heat-resistant steel. Combined with the results of analytical methods such as X-ray diffraction， scanning electron microscopy， and energy-dispersive spectroscopy， it was found that： in the outer oxidation layer， the heat-r

esistant steel containing rare earth elements formed a dense Cr₂O₃ layer and FeCr₂O₄ spinel outer oxide layer； In the inner oxidation layer， the main component was SiO₂， while Y₂O₃ coexisted in the inner oxidation layer of heat-resistant steel containing rare earth Y. Therefore， the influence mechanisms of rare earth Ce and Y on the high-temperature oxidation resistance of austenitic heat-resistant steel are as follows： rare earth elements Ce and Y can both promote the diffusion of chromium elements to the oxidation layer to form a dense Cr₂O₃ layer； rare earth Y generates Y₂O₃ in the inner oxidation layer， which jointly exerts a pinning effect with SiO₂.

关键词

Keywords

references

Chai G C ， Nilsson J O ， Boström M ， et al . Advanced heat resistant austenitic stainless steels ［C］. Advanced Steels . Berlin， Heidelberg ： Springer Berlin Heidelberg ， 2011 ： 385 - 397 .

Maziasz P J . Development of creep-resistant and oxidation-resistant austenitic stainless steels for high temperature applications ［J］. JOM ， 2018 ， 70 （ 1 ）： 66 - 75 .

丁以林，李　杰，杨志春，等 . 含稀土节镍耐热奥氏体不锈钢S30815缺陷的分析［J］. 冶金与材料， 2023 ， 15 （ 1 ）： 110 - 112 .

赵磊，李杰，丁以林，等 . 节镍奥氏体耐热不锈钢的高温性能研究［J］. 冶金与材料， 2023 ， 43 （ 1 ）： 53 - 55 .

杨　珍，鲁金涛，赵新宝，等 . 稀土元素对合金高温氧化的影响［J］. 中国稀土学报， 2014 ， 32 （ 6 ）： 641 - 649 .

张　恒，向军淮，肖伯涛，等 . 稀土元素对合金高温氧化行为影响的研究进展［J］. 稀有金属， 2024 ， 48 （ 12 ）： 1755 - 1765 .

Amano T . Rare earth application for heat-resisting alloys ［J］. Journal of Rare Earths ， 2010 ， 28 ： 12 - 21 .

王龙妹，叶晓宁，江来珠，等 . 稀土在新型节镍奥氏体耐热不锈钢中的应用研究［C］. 2010年全国冶金物理化学学术会议专辑（上册）. 马鞍山， 2010 ： 439 - 441 .

任　雷 . 新型Fe-Ni-Cr-Al合金的氧化行为研究［D］. 沈阳：沈阳化工大学， 2023 .

Qiao C ， Zhang H Y ， Wu F J ， et al . Rare earth addition powered corrosion resistance of the surface oxide film on GCr15 bearing steel substrate ［J］. Corrosion Science ， 2024 ， 240 ： 112490 .

Li W Y ， Zhou J ， Zhang J ， et al . Corrosion behavior and mechanisms of rare-earth ferrite/martensite steel weldment in liquid lead-bismuth eutectic ［J］. Corrosion Science ， 2025 ， 249 ： 112840 .

Pichugin N ， Pesterev E ， Yakovlev E ， et al . Improving high-temperature oxidation resistance of porous Ni-Al intermetallics obtained by self-propagating high-temperature synthesis through microalloying with Dy and Y ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2025 ， 1010 ： 178057 .

焦军红，李鑫，刘振宇 . 稀土Ce对310S奥氏体耐热不锈钢高温氧化行为的影响［J］. 金属热处理， 2022 ， 47 （ 1 ）： 120 - 124 .

Wang S ， Zheng Z B ， Zheng K H ， et al . High temperature oxidation behavior of heat resistant steel with rare earth element Ce ［J］. Materials Research Express ， 2020 ， 7 （ 1 ）： 016571 .

蔡文军，沈正军，詹肇麟 . 稀土Y对AISI430不锈钢抗高温氧化性能的影响［J］. 稀有金属材料与工程， 2021 ， 50 （ 7 ）： 2495 - 2501 .

Zhang S C ， Li H B ， Jiang Z H ， et al . Unveiling the mechanism of yttrium significantly improving high-temperature oxidation resistance of super-austenitic stainless steel S32654 ［J］. Journal of Materials Science & Technology ， 2022 ， 115 ： 103 - 114 .

Wang L M ， Du X J ， Gan Y ， et al . Effect of rare earths on oxidation resistance of heat resistant steel ［J］. Journal of Rare Earths ， 2010 ， 28 ： 489 - 491 .

Lustman B . The intermittent oxidation of some nickel-chromium base alloys ［J］. JOM ， 1950 ， 2 （ 8 ）： 995 - 996 .

Tien J K ， Pettit F S . Mechanism of oxide adherence on Fe-25Cr-4Al （Y or Sc） alloys ［J］. Metallurgical Transactions ， 1972 ， 3 （ 6 ）： 1587 - 1599 .

罗杰斌，黄勇，王帅，等 . 稀土改性铸造Fe-24Cr-32Ni型耐热钢高温氧化行为的研究［J］. 铸造， 2023 ， 72 （ 1 ）： 22 - 27 .

黄　宇，韩玉梅，成国光，等 . 稀土Ce对430铁素体不锈钢等轴晶率的影响机理［J］. 特殊钢， 2025 ， 46 （ 3 ）： 52 - 57 .

王龙妹，朱桂兰，徐　军，等 . 稀土在430铁素体不锈钢中的作用及机理研究［J］. 稀土， 2008 ， 29 （ 1 ）： 67 - 71 .

Views

下载量

CSCD

CNKI被引量

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

⁰