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区域治理综合信息热轧时钢铁材料高温氧化铁皮的研究进展王彦成吉林建龙钢铁有限公司，吉林 吉林 132000摘要：我国自改革开放以来，铁制品的发展较为迅速，钢在冶炼过程中需要通过热轧环节，其中会产生不同程度的氧化反应，形成氧化铁皮，这在较大程度对资源造成较大的浪费，不但在一定程度上会降低表面质量，而且耐蚀性也会有一定的下降，这就需要对氧化铁皮的厚度与结构采取必要措施并实施有效的控制。
关键词：热轧；钢铁材料；高温氧化铁皮一、钢的热轧步骤钢在热轧过程中需要先对钢实施加热过程，当轧制的加热需要均衡的加热速度，达到一定温度时将钢柸取出并采用高压水去除表面的鳞，再将其放入粗轧机实施粗轧程序，再对其实施二次同时进行精轧，最后对其进行冷却与卷取。
此外，在对钢进行热轧时会形成不同类型的氧化铁皮[1]。
二、氧化铁皮的种类一次氧化铁皮：将板坯放于加热炉中进行加温至1200℃，在保温过程中钢坯表面氧离子与铁离子进行双向扩散，通过化学反应生成氧化铁皮，此种高温加热过程中形成的氧化铁皮由于是第一次产生氧化反应，形成“一次氧化铁皮”；二次氧化铁皮。
二次氧化铁皮是在第一次钢材氧化反应的基础上形成的，此阶段主要产生于坯料出炉后的粗轧环节，其中热轧环节需要去除一次氧化铁皮，并且坯料需要通过粗轧环节，在轧制过程中，高温状态中的粗轧与空气产生氧化反应，生成二次氧化铁皮；三次氧化铁皮。
钢坯粗轧后需要进行精轧才能制成成品板材，在进行精轧时，由于轧辊速度相对比较高，并且轧制时间相对比较短，会形成较薄的氧化铁皮，此种氧化铁皮叫作“三次氧化皮”[2]。
三、氧化铁皮的形成与结构氧化铁皮在形成过程中需要通过加热形成不同类型的氧化铁皮结构，如图1所示[3]。
图1中的氧化铁皮一共包含三层，其中包含外层、中间层以及内层，化学反应方程式分别为：2Fe+O2=2FeO；3Fe+2O2=Fe3O4；2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3；外层的Fe2O3主要是以红色为主，结构主要是密排六方结晶结构，结构相对致密，并且无法与酸性溶液相溶。
高温下金属腐蚀机理探究高温下金属腐蚀机理探究引言：金属腐蚀是指金属在特定环境中与氧气、水或其他化学物质发生反应引起的损失。
在高温条件下，金属腐蚀的速度更加快速和严重，因此探究高温下金属腐蚀机理对于有效防止金属材料的损耗具有重要意义。
本文将重点讨论高温条件下金属腐蚀的机理，并介绍常见的高温腐蚀类型和预防措施。
一、高温下金属腐蚀反应机理1. 氧化反应：高温下金属的氧化反应是最主要的腐蚀类型之一。
当金属与氧气接触时，金属表面会形成氧化皮层，这是一种稳定的纳米尺度金属氧化物。
金属氧化物通常具有精细的晶体结构，因此具有优异的物理、化学和热力学性质。
然而，这层氧化层并不稳定，它会通过气相或金属表面的扩散机制被氧进一步氧化形成氧化物或氧化物混合物，导致金属腐蚀加剧。
2. 离子迁移：金属在高温下是高活性物质，它的离子（阳离子）可以在晶体结构中迁移，并与外部环境中的离子发生反应。
离子迁移是金属腐蚀过程中不可忽视的因素之一。
高温下金属晶体中离子的迁移速率比较快，甚至可以达到很高的速度。
离子迁移可以引起金属的局部腐蚀和晶间腐蚀，从而导致金属的失效。
3. 自增强腐蚀：自增强腐蚀是金属在高温下发生腐蚀过程中的一个重要现象。
高温条件下，金属材料内部产生的应力和扩散不均匀会导致局部氧化膜的脱落和重新形成，从而形成更大的氧化层。
这种现象会进一步加速金属的腐蚀速度，形成一个自我放大的过程。
二、高温下常见的金属腐蚀类型1. 高温氧化腐蚀：高温氧化腐蚀是金属在高温条件下与氧气发生反应而引起的腐蚀。
氧化反应是金属在高温下腐蚀的主要原因，它会导致金属的减薄和失效。
常见的高温氧化腐蚀有高温空气氧化腐蚀、高温水蒸气氧化腐蚀等。
2. 高温酸性腐蚀：高温酸性腐蚀是金属在高温酸性介质中发生的腐蚀。
在高温酸性环境中，金属表面会受到腐蚀溶解和局部电化学反应的影响，从而引起金属的失效。
常见的高温酸性腐蚀有酸雾腐蚀、硫酸腐蚀等。
3. 高温碱性腐蚀：高温碱性腐蚀是金属在高温碱性介质中发生的腐蚀。
过热蒸汽管道内氧化膜得形成分为制造加工与运行后两个阶段。
ﻫ过热蒸汽管道制造加工过程中氧化膜得形成就是在５70℃以上得高温制造条件下，由空气中得氧与金属结合形成得。
该氧化膜分三层,由钢表面起向外依次为FeO﹑Fe3O4﹑Fｅ２Ｏ3。
试验表明：与金属基体相连得ＦeＯ层结构疏松,晶格缺陷多，当温度低于５70℃时结构不稳定,容易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀.因此，在新锅炉投产前，一定要对锅炉进行酸洗,全部去除制造加工时形成得易脱落氧化层,然后重新钝化，以利在机组运行时形成良好得氧化层。
同时,在基建调试期间也可以考虑对过热器与再热器管道进行加氧吹扫,将易脱落得氧化层颗粒冲掉得同时加速形成坚固得氧化层，否则,在投运后会产生严重得氧化皮问题.ﻫ在45０℃～570℃，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成得氧化膜由Fe2O３与Fe３O4组成，Ｆe２O3与Fe3O4都比较致密，可以保护或减缓钢材得进一步氧化.在570℃以上，水蒸汽与纯铁发生氧化反应，生成得氧化膜由Ｆｅ2O3、Fe３O4、FｅO三层组成，FｅO在最内层,ＦeO就是不致密得，破坏了整个氧化膜得稳定性,氧化膜易于脱落。
因此，过热蒸汽管道内壁在运行后所形成得氧化膜可分为两种情况:（1)ﻫ如果在锅炉投运之前,通过严格得酸洗与吹管两个环节，将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净,吹扫过程中或整机调试得初期，当锅炉运行在亚临界低参数工况下（此时温度不会超过570℃），使管道内壁形成致密得、不易脱落得氧化膜(由Fe2Ｏ3与Fe3O4组成,这种氧化膜与金属得基体结合很牢固，只有在有腐蚀介质与应力条件下才会被破坏)。
当日后机组运行于超临界工矿下,温度超过570℃时,这种氧化膜可以保护或减缓钢材得进一步氧化,同时自身也可以相对长期地保留.采用加氧运行，可加速形成上述氧化膜.如果在锅炉投运之前，酸洗与吹管两个环节不过关,未将金属管道内壁易脱落氧化层彻底清除干净,则投运后很难形成致密得﹑不易脱落得氧化膜。
锅炉高温受热面蒸汽侧氧化皮的形成及剥落机理研究摘要：基于基于华能沁北发电有限责任公司2号机组，高温再热器弯头管四次连续氧化脱落检查结果，对锅炉管内壁氧化皮剥落部位进行氧化皮生长的跟踪研究，分析得到氧化皮形成及剥落的规律。
结果表明在高温运行状况下：氧化皮的生成速度取决于金属管壁温度, 氧化皮的剥落主要取决于氧化皮与金属基体的温差及温度变化速率。
严格控制管壁温度及温度变化，是控制氧化皮产生、剥落的关键；前弯头氧化皮堆积量明显低于后弯头，且堆积量主要集中在4~80屏温度较高的位置。
从锅炉运行中受热面温度控制、受热面温度波动控制等几个方面提出了预防和减少锅炉高温受热面管内氧化皮的形成及剥落的措施。
关键词：超临界机组;过热器;氧化皮;脱落;措施随着锅炉运行时间的延长，在高温再热器管道内部会逐渐生成氧化皮，氧化皮剥落会堵塞管道引起局部过热，导致过热器、再热器爆管;同时剥落的氧化皮被带入汽轮机，引起固粒侵蚀导致损伤汽轮机叶片，污染水汽品质。
因此采取有效手段在运行中加强对锅炉受热面温度的控制，抑制氧化皮生成和剥落，以及在检修中消除氧化皮的影响，对机组安全运行至关重要[1]。
施万森对锅炉受热面高温腐蚀及预防措施做出了总结[2]，官民健等针对锅炉受热面的化学腐蚀问题进行了原理分析，并总结出了腐蚀后的补救手段[3]，但针对高温再热器氧化皮检测结果进行分析相关的文献较少。
本文结合华能沁北发电有限责任公司2×600MW超临界机组锅炉高温再热器受热面管氧化皮形成及脱落的实际情况，分析了氧化皮形成的机理、原因及采取的对策。
1 设备概况华能沁北发电有限责任公司一期两台600MW超临界国产化燃煤机组，为我国首座600MW超临界燃煤机组国产化的依托电厂，锅炉采用东方锅炉（集团）股份有限公司引进日本巴布科克-日立公司技术制造的DG1900/25.4—Ⅱ1型锅炉，设计供电煤耗297.3克/千瓦时。
锅炉为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。
锅炉高温受热面氧化皮形成机理及防治措施发布时间：2022-01-11T05:17:03.526Z 来源：《当代电力文化》2021年29期作者：侯启聪[导读] 氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。
侯启聪大唐山东电力检修运营有限公司山东青岛 266500摘要：氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。
其中氧化亚铁结构非常疏松，致密性最差极易发生断裂，而四氧化三铁、三氧化二铁结构相对致密，具有一定的保护性关键词：氧化皮；形成原因；防范措施1、氧化皮问题现状及危害锅炉受热面管内氧化皮问题，国际上已经出现和研究了将近50年。
上世纪90年代，超超临界火电机组诞生，蒸汽温度达到600℃ /600℃机组效率达到44-45%，供电煤耗达到280g/kWh，在显示优越经济性的同时，伴随着出现了过热器及再热器氧化皮问题。
亚临界机组正常运行温度（541℃）此时炉内受热面实际温度（ 541℃＋ 50℃＝ 591℃）；超临界机组正常运行温度（571℃）此时炉内受热面实际温度（571℃＋ 50℃＝ 621℃）；经研究蒸汽温度在538 ℃以下，锅炉一般不发生氧化皮剥落的问题，而蒸汽温度在570℃以上时受热面就会发生所生成的氧化皮剥落事故，特别是超临界锅炉不可避免产生氧化皮脱落。
氧化皮主要造成两类安全性问题（1）道的蒸汽侧氧化导致锅炉局部过热，超温爆管，降低机组可用率（2）汽轮机叶片固体颗粒侵蚀（SPE）2、氧化皮生成机理在氧化过程中，金属的氧化是通过氧离子和金属离子的扩散来进行的，金属氧化的本质涉及正负离子的扩散。
正是由于金属及所处反应环境中，离子浓度，化学位，电位的不平衡势差促使了离子的扩散，成为金属氧化的内部原动力。
在高温水蒸气环境下由于蒸汽分解产生的氧分压大于由氧化铁和其他合金氧化物解离产生的氧分压，使得氧离子能比较容易的通过氧化层不断到达内部氧化界面形成铁铬尖晶层，同时金属提供必须的电子和金属离子，从内部扩散穿过氧化层，到达外部界面构成铁磁体层，从而形成初始的双层氧化层。
钢铁材料的高温氧化与腐蚀导言：钢铁材料在高温和腐蚀环境下工作时，会发生氧化和腐蚀现象，会导致材料的力学性能和耐久性能的降低，从而减少材料的使用寿命。
因此，研究钢铁材料在高温和腐蚀环境下的性能，是提高材料的使用寿命和工作效率的重要途径之一。
本文将围绕钢铁材料的高温氧化和腐蚀这两个方面进行详细讲解。
第一部分钢铁材料的高温氧化钢铁材料在高温环境下会发生氧化现象。
此时，钢铁表面会形成一层含氧化物的物质，这种物质称为氧化皮，它会影响钢铁的力学性能。
1. 原因：钢铁的高温氧化是由于材料表面的氧分子和钢铁表面的铁原子发生化学反应所导致的。
2. 影响：高温氧化会影响钢铁的力学性能，导致材料在高温下的强度和硬度等性能下降。
3. 防护：防止钢铁材料的高温氧化，可以从材料选择、表面处理和保护涂层等方面入手。
材料选择：选用抗氧化性能好的材料，如各种合金钢和不锈钢等。
表面处理：对材料表面进行特殊的表面处理，如表面氮化、硅化、金属化等，形成一层保护膜，防止氧分子的侵蚀。
保护涂层：在钢铁表面喷涂高温耐蚀涂层，以形成一层保护膜，防止材料表面氧化。
第二部分钢铁材料的腐蚀钢铁材料在腐蚀环境下，如酸液、盐水等之下会发生腐蚀现象。
此时，钢铁表面会发生化学反应，形成一层氧化物，这会导致材料的力学性能和耐久性能的下降，从而导致材料的使用寿命缩短。
1. 原因：（1）材料本身的缺陷：例如材料中的气孔、夹杂、缺陷等。
（2）腐蚀介质：包括酸液、盐水等，这些介质与材料表面的化学反应会导致腐蚀。
2. 影响：腐蚀会使钢铁表面发生化学反应，形成氧化物，导致材料的力学性能和耐久性能的下降。
3. 防护：防止钢铁材料的腐蚀，可以从选材、表面处理和喷涂保护涂层等方面着手。
材料选择：选择钢铁材料中的合金元素，使材料本身具有较好的抗腐蚀性能。
表面处理：对材料表面进行喷砂处理、酸洗处理等，去除气孔和杂质等缺陷，在一定程度上提高钢铁材料的抗腐蚀性能。
喷涂保护涂层：在钢铁表面喷涂防腐蚀涂层，如氟树脂、聚氨酯等，可起到防腐蚀的作用。
1概述如今大容量机组奥氏体材料如TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304、HR3C 等高等级钢材在火力发电机组锅炉高温受热面的不断应用，管内壁在高温下不可避免地被蒸气氧化，进而形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和基材存在较大的膨胀系数差，在机组启、停过程中氧化皮受应力作用剥落堵塞受热面管。
氧化皮剥落堵塞所造成的超温爆管是一个世界公认的普遍性问题，已经成为影响锅炉安全稳定运行的重要因素。
2锅炉高温受热面奥氏体不锈钢产生氧化皮的原因与危害从热力学角度来讲，锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的，因为铁与水反应生成Fe(OH)2，饱和后在一定温度范围转化为Fe3O4，在其表面形成Fe3O4氧化膜，并有氢析出。
一般来说金属温度对氧化速度的影响最大，而蒸汽压力的影响相对较小，且温度对于不同钢种蒸汽氧化速度的影响方向和程度也不尽相同。
在长期高温运行过程中，奥氏体不锈钢过热器和再热器管子内壁在高温蒸汽的作用下会不断氧化而形成连续的氧化皮，由于氧化皮的膨胀系数（0.9*10-5）与奥氏体不锈钢基体金属的线膨胀系数（2.1*10-5）相比差别很大，温度变化时二者的热胀冷缩变形很不协调，就会引起氧化皮破裂并从金属表面剥离，因此在机组启停或温度急剧变化时就更易引起管内氧化皮大面积剥落堵塞管子。
当然，不同管子受锅炉热偏差影响其内壁氧化皮剥落堆积程度也出现较大的差别。
据资料统计分析：亚临界机组正常温度运行（541℃），氧化物高峰期应在35000小时左右就会出现脱落堵塞管道；国内机组高峰期最早的在33000小时左右。
超临界机组正常温度运行（571℃），氧化物高峰期应在15000小时左右就会出现脱落堵塞管道；且温度越高，高温氧化就会加速，氧化高峰期来得越早温度越高，高温氧化越快，容易造成氧化物运行中大面积快速脱落堵塞产生爆管。
目前国内已有许多机组相继出现了锅炉氧化皮剥落所导致的爆管、汽室部件严重吹损等事故，成为威胁机组运行可靠性的主要因素。
专题技术讲座热力系统水蒸汽高温氧化氧化皮问题的研究李志刚二○○五年四月前言•近期在国内和华能系统内，机组的高温氧化和氧化皮问题的凸现，引起了普遍的关注。
•高温段金属表面的氧化皮是如何形成并脱落的。
•蒸汽中的溶解氧是否与氧化皮问题有关。
要点1 提供高温氧化机理和有关的基本概念。
2 总结国内外有关的研究成果。
3 提出进一步研究的思路和途经伊敏电厂氧化皮问题•＃1机组运行约3万小时，12Cr18Ni12Ti奥氏体不锈钢的氧化皮已经达到一定的厚度。
水平烟道受热面材质为12Cr18Ni12Ti的二级屏过热器、三级屏过热器、二级对流过热器、二级对流再热器所有管屏U型弯下部均发现氧化皮，氧化皮脱落的管道占水平烟道受热面总数的90%以上。
脱落氧化皮为鳞片状，厚度0.06-0.14mm，长度5-30mm。
氧化皮两侧呈不同颜色，靠蒸汽侧为浅灰色Fe2O3，靠金属侧为深黑色Fe3O4。
相同材质机组对比1•调查结果表明尽管盘山电厂锅炉运行时间和加氧时间还比伊敏电厂长，但盘山电厂不锈钢管内壁氧化轻微，氧化皮很薄且剥落轻微，从未发现过停炉后堆积现象。
区别如下：1．伊敏发电厂：锅炉18.472×18.472米的正方形“T”型炉结构，切园燃烧，燃用伊敏本地产褐煤。
炉膛四面墙上布置32个煤粉喷燃器，每面炉墙上布置两列四层煤粉喷燃器。
按烟气流向在水平烟道中布置有二级屏式过热器，费斯顿-1，一级屏式过热器，三级屏式过热器，二级对流过热器，二级对流再热器，费斯顿-2，费斯顿-3。
盘山发电厂：锅炉为23080×13864mm“T”型炉结构，燃用神华煤，对冲燃烧方式，共有8套制粉系统。
燃烧器共32只，分四层布置，每层共8只，分列于左、右侧墙形成。
该燃烧器的一、二次风均为旋流，一次风旋流强度不可调；二次风的旋流强度可调。
按烟气流向在水平烟道中布置有一级屏式过热器,二级屏式过热器，费斯顿-1，，三级屏式过热器，二级对流再热器，二级对流过热器，费斯顿-2，费斯顿-3。
2. 锅炉在减温水的使用上存在差异。
盘山电厂一二级减温水在负荷350MW以上主汽温度520℃时使用，而伊敏电厂在机组启动初期就投入使用。
3.伊敏锅炉蒸汽吹灰每两天吹一次，水力两天吹一次；盘山锅炉蒸汽吹灰每天两次，水力吹灰每天下午一次，夜间投入一半吹一次4. 盘山累计运行时间8－9年，其中加氧运行约5年；伊敏累计运行时间5－6年，其中加氧运行约1年；相同材质机组对比2洛阳双源热电厂氧化皮问题・№1锅炉系超高压、自然循环、固态除渣煤粉锅炉，1999年5月投运。
从投运至2003年5月7日，累计运行21552小时，启停61次。
该炉未采用给水加氧处理工艺。
2003年5月7日，材料为12Cr18Ni12Ti的四级过热器乙数第4排、第8排，前数第2根管下部弯头处爆管，从爆开的过热器管看，弯头被大量的金属氧化皮堵塞，致使管子因堵塞过热爆管。
经检测发现，许多弯头中均存在大量的氧化皮，氧化皮厚度在0.05mm～0.12mm。
有较多氧化皮剥离脱落氧化皮基本剥离脱落，露出不平的基体表面工业领域常见的高温氧化狭义高温氰化•狭义高温氧化是指在高温下金属与氧气反应生成金属氧化物的过程。
反之，自金属氧化物中夺走氧为还原。
可以下式表达:M为金属，可以是纯金属、合金、金属间化合物基合金等;氧气可以是纯氧，或是含氧的干燥气体，如空气等广义高温氰化广义高温氧化指高温下组成材料的原子、原子团或离子丢失电子(e)的过程。
反之，获得电子为还原。
以下式表达:换言之，即M的价态提高为氧化，反之为还原，如下例:M为金属原子、原子团、离子;X为反应性气体，可以是卤族元素、硫、碳、氮等影响金属高温氧化性能的主要因素1 材料性质•化学成分•相组成•组织结构•物理性质2 氧化膜性质•金属与其氧化物体积比•氧化物热力学稳定性、生成自由能、熔点、蒸汽压等•氧化膜相组成、相的稳定性、结晶结构、缺陷类型与密度等•氧化膜力学性质：生长应力、热应力、应力分布、膜的塑性与强度•膜的物理性质：热膨胀系数、扩散系数、弹性模量等影响金属高温氧化性能的主要因素2 3 氧化膜/金属界面•氧化膜与材料的外延生长关系•界面的几何行状•界面的化学变化，有无有害杂质的偏聚•界面能与界面结合强度（粘附性）4 氧化膜/气体界面•氧化膜表面沉积物的影响（硫酸盐、V2O5）•氧化膜表面有无自催化反应或氧化还原循环反应•氧化膜表面形貌5 气相•气相化学成分•气相压力和气体组分分压•气体流动状态•气体中的固体杂质•温度及其变化•受外力状态火电厂热力系统高温氧化的概念•高温氧化是金属腐蚀的特殊形式•热力系统高温氧化是在氧化性气体（水蒸汽）在高温条件下与金属反应的过程：3Fe ＋4H 2O ＝Fe 3O 4＋4H 2↑氧离子和金属离子反应生成氧化铁膜。
高温氧化的控制因素•运行环境、介质和金属材料三要素中，运行环境是高温氧化的控制因素。
•温度的变化是影响氧化皮剥落的首要原因。
高温氧化原理－氧化膜生成•在高温气体中（450℃以上）高温金属的氧化最初是通过化学反应进行的，即氧化还原反应是在反应离子相互作用瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。
•随后膜的成长则通过电化学反应进行的，即金属表面的介质已由气相改变为氧化膜。
氧化膜是既能电子导电又能离子导电的半导体。
金属高温氧化的等价电池高温氧化原理－氧化膜成长•金属可在阳极（金属－膜界面）离解后，通过膜把电子传递给膜表面上的氧，使其还原变成氧离子（O2-），而氧离子和金属离子在膜中又可进行离子导电，即氧离子向阳极（金属）迁移和金属离子向阴极（膜－气相界面）迁移，或在膜中相遇进行第二次化合，使膜不断成长。
570℃氧气的氧化机制570℃水蒸汽的氧化机制高温氧化的原理•根据不同的氧化剂，氧离子来自：1 吸附的O2—由高温下空气和氧气提供2 吸附的H2O——高温下的H2O提供3 其他各种含氧物质高温氧化的条件－运行条件•受热面温度的控制烟温控制汽温控制金属壁温的控制•机组起停时的温度控制强制冷却强制升温•负荷波动时燃烧的控制•吹灰方式和频度的控制高温氧化的条件－材料•金属材料含铬、镍合金钢、奥氏体钢等高温氧化的条件－介质•氧化剂（热力学因素）空气、O2、H2O、O2＋H2O、CO2、SO2•氧化剂的浓度（动力学因素）不同氧化剂的氧化作用1碳钢24小时内的增重mg/cm 2>50035.4SO 2 113.357.5124.390058.762.251.1700CO 2H 2O （q ）O 2温度℃水在高温条件下是强氧化剂•水的介电常数为80（空气为1），远远大于其他物质。
•水是极性分子，也叫做偶极子，连接正电荷（氢离子）和负电荷（氧离子）的直线之间的夹角为104.5度。
•极性水分子与与铁离子之间的静电作用大于其他物质的分子。
水分子极性作用水的加速氧化作用•与没有水蒸汽的氧化相比，水蒸汽氧化更容易产生氧化皮剥落现象的原因空腔理论氢缺陷理论微裂纹理论空腔理论•金属原子以离子的形式进入氧化膜的地方将留下一个空穴。
这种空穴可以通过金属或氧化膜扩散，因此空穴彼此之间可以联合起来，形成孔洞。
孔洞相连形成空腔.空腔为氧化膜的下一步剥离创造了条件。
•如果阳离子充分地向外运动以避免应力的发生，而阴离子也充分地向内运动以避免空腔的形成，就可以生成一种稳定的氧化膜，例如在金属镍上形成的抗氧化性膜。
氧化膜周期性破损如果氧化发生在氧化物膜没有塑性的某一温度下，即使空腔已经扩展到金属表面，但空腔的顶部仍将架在上面，氧化会变慢。
如果氧化膜周期地破损，氧化都会突然地变快。
氧化膜周期性破损氢缺陷理论1•从水蒸汽与金属反应中产生的氢质子能够溶解到氧化膜中去，加强了氢氧离子在氧化膜中的传输作用。
•氢质子在氧化物中的扩散速度大于氢氧离子，氢氧离子的扩散速度则比氧离子快。
•质子或离子传输是氧化膜生长速率的控制因素•氢气的还原同时在气体/氧化膜界面和金属/氧化膜界面进行。
氢缺陷理论2•氢质子会与氧离子在氧化膜/金属基体界面结合生成水•穿过氧化膜的氢气和水又会与进一步与金属基体反应（在氧化膜/气相界面的情况相同）•在反应过程中，在内外界面产生大量的空穴，进一步空穴发展成为空洞，微裂纹理论•膜内的微裂纹导致水蒸汽与金属基体直接反应•反应释放的氢气会使Cr2O3还原，使得Cr2O3相逐渐减少，使氧化膜失去保护作用。
水对钢氧化的化学过程氢的析出•蒸汽中的氢，主要来自水汽和钢铁的反应。
Me + H2O ＝MeO+ H2•由于在金属表面形成了MeO后，阻挡了Me 和水汽的接触，反应速度就取决于氢和铁离子的扩散速度，随着MeO膜的增厚，扩散速度便随着降低，氢的析出量就随着降低。
因此可根据氢的析出量变化，间接地检测MeO 膜的形成情况。
膜形成时的氢逸出曲线水和氧气的氧化能力比较•在450℃～700℃的温度范围内水的氧化能力大于氧气的氧化能力•在水蒸汽中如果氧的分压低于10－5，分子氧将不会影响氧化膜的性质。
•蒸汽系统中分子氧参与反应的可能性分析蒸汽系统中分子氧参与反应的可能性•蒸汽中的氧气若要参与金属的高温氧化反应，必须克服几个障碍：（物理吸附和化学吸附）1在给定温度下，金属单位表面吸附的气体分子数量与气体分压有关。
由于水分子是偶极子，具有很强的化学吸附能力，即使在同等分压条件下，分子氧很难有机会吸附在金属表面。
2 由于水与金属反应中氢离子还原成为氢气。
2H++2e ↔H2分子氧必须有机会参与界面反应，先离解为原子氧，然后与氢质子（H＋）竞争夺取电子O + 2e ↔O2-加氧处理对高温段金属氧化的影响•在锅炉给水加氧处理的条件下，给水加氧处理对高温段金属氧化的影响到底有多大，可以根据氧气和水蒸汽分压来判断。
假设1kg 水蒸汽的分压为1Pa，由给水加氧处理所带入蒸汽中的氧气一般小于150µg/L，蒸汽中150 ppb的氧的分压为10－7～10－8Pa，因此如此微量氧的影响完全可以忽略不计。
高温氧化结果•由于铁与蒸汽直接反应，蒸汽提供氧离子（O2-）和放出氢分子。
由于铁离子向外扩散，氧离子向里扩散，整个氧化层同时向钢原始表面两侧生长。
水蒸汽与铁直接反应生成等厚度的致密的双层Fe3O4氧化膜，内层为尖晶型细颗粒结构，外层为棒状型粗颗粒结构蒸汽侧表面氧化膜的组成特征高温氧化动力学•氧化膜的形成是水与金属化学反应的结果，但钢表面氧化膜的增长规律一般遵循抛物线氧化法则：d2=k•td：膜厚度k：与温度有关的系数t：时间•氧化膜的增厚与时间和温度有关蒸汽侧表面形成多层氧化膜•双层氧化膜是靠氧离子向表面扩散，铁离子向外层扩散形成的。
由于合金元素的扩散比铁元素要慢，因此合金元素富集在内层的量比平均含量要高，一般高出1.5倍。
•在外层的Fe3O4颗粒比较粗，向内逐渐变细。
