In-situ determination of growth and thermal stresses in chromia scales formed on a ferritic stainless steel

Abstract

In situ Raman spectroscopy experiments have been performed to determine both growth and thermal stresses of chromia scales formed at 750°C in oxygen on a stabilized ferritic stainless steel Fe-18Cr-TiNb. The measured growth stresses were shown to be highly compressive, near − 2 GPa. Cooling down and reheating cycles under inert gas showed that the thermal stresses were slightly compressive when cooling down (− 0.2 GPa), and reversible when heating up, showing their perfect thermo-elastic origin. Measurements, with temperature changes, of the deflection of oxidized samples after removal of one side oxide confirmed the Raman measurements and allowed to derive the actual value of the thermal expansion coefficient of the oxide scale: αox = 10.75 × 10−6 K−1. In-situ Bestimmung von Wachstumsspannungen und thermischen Spannungen in Chromoxidzunder auf einem ferritischen nichtrostenden Stahl In-situ Ramanspektroskopieversuche wurden durchgeführt, um sowohl Wachstumsspannungen als auch thermische Spannungen von Chromoxidzunder, der sich bei 750°C in Sauerstoff auf einem stabilisierten, ferritischen nichtrostenden Stahl Fe-18Cr-TiNb gebildet hat, zu bestimmen. Die gemessenen Wachstumsspannungen waren hohe Druckspannungen, nahe − 2 GPa. Abkühl- und Aufheizzyklen unter Inertgas zeigten, dass während des Abkühlens die thermischen Spannungen als schwache Druckspannungen (− 0,2 GPa) vorlagen, die beim Aufheizen reversibel waren und damit einen perfekten thermo-elastischen Ursprung aufwiesen. Die bei Temperaturänderungen vorgenommenen Messungen der Durchbiegung der oxidierten Proben nach Entfernung einer Seite des Oxids bestätigten die Ramanmessungen und erlaubten den aktuellen Wert des thermischen Expansionskoeffizienten des Oxidzunders herzuleiten: αox = 10,75 × 10−6 K−1.