钢的高温氧化特征

合金元素可以分为比Fe更容易氧化的元素和比Fe更难氧化的元素。Si、Al、Cr、Mn和Ti比Fe更容易氧化，因此会形成氧化物，Ni和Cu等比Fe难以氧化，因此它会作为金属在钢的表面富集。

在添加Si的情况下，Si氧化物会与Fe氧化物同时生成。在FeO和SiO2之间作为稳定相会生成复合氧化物----铁橄榄石（Fe2SiO4）。Fe2SiO4起着阻碍离子层扩散的作用，可以减缓氧化速度，但当Fe2SiO4在FeO/Fe3O4共晶温度（1173℃）以上时，会变为融液，反而会促进氧化。在热轧工序中由于Fe2SiO4处于共晶温度以上，因此Fe2SiO4在炉内的氧化速度快，在轧制生产线中由于Fe2SiO4处于共晶温度以下，因此可以抑制Fe2SiO4的氧化。

在添加Al的情况下，在FeO和Al2O3之间存在着FeO•Al2O3的复合氧化物，当Al添加到5%左右时，在最内层会生成FeO和Al2O3。由于FeO和Al2O3起着阻碍离子层扩散的作用，因此可以减缓氧化速度。FeO/FeO•Al2O3也存在着共晶点，如果轧制温度超过该共晶点，FeO/FeO•Al2O3就变为融液，促进氧化。由于共晶温度为1320℃，且实际的热轧工艺是在低于该温度的情况下进行轧制的，因此共晶温度的影响小。

Mn与Si、Al、Cr不同，它在氧化皮中不会形成单独的氧化层。虽然普通钢含有数%的Mn，但被氧化的Mn会在FeO中或Fe3O4中固溶。由于Mn不会形成单独的氧化物层，因此对钢的氧化速度影响小。

氧化时因金属和氧化物的体积差而产生的内部应力和伴随温度变化而产生的热应力等各种应力会作用于氧化皮。结果，氧化皮会发生损伤。其中，在钢的热轧工序中被称作氧化皮隆起的凸泡现象是一个问题。松野等人采用碳钢调查了氧化温度和氧化时间对凸泡生成的影响。根据氧化温度和氧化时间与凸泡生成的关系可知，在950℃～1000℃时发生凸泡的时间最短，呈现出所谓的C型曲线。可以认为这是因为随着温度的上升，氧化量会增加，因体积膨胀而产生的压缩应力会增加，以及在高温下因塑性变形，应力会得到缓和所致。另一方面，木津等人调查了钢的成分对凸泡发生的影响。在钢的成分中，对凸泡发生影响最大的成分是P。根据等温氧化时P对凸泡发生时间的影响可知，在P含量小的情况下，不会发生凸泡，但随着P含量的增加，会在更短的时间内发生凸泡。此外，C和Mn也会促进凸泡的发生，但在Si含量少的情况下会抑制凸泡，如果Si添加量增大，会促进凸泡的发生。