高温氧化一直被认为是导致金属材料环境降解的关键机制之一。钢铁作为世界上应用最广泛的金属材料，其氧化行为是长期以来的研究重点。值得注意的是，大多数现有研究都集中在特殊材料在使用条件下的高温氧化行为，而相对较少关注商业级低合金钢在制造过程中面临的氧化挑战。这些氧化条件发生在供应链上游，而往往被终端用户所忽视，并因此给生产企业造成经济损失。

来自中国和澳大利亚的研究团队合作，采用透射菊池衍射（TKD）、透射电镜（TEM）、球差电镜（AC-STEM）以及原位高温显微镜等手段，对传统的商用低合金钢E70S-6在模拟生产条件下形成的氧化层进行了多尺度分析，为氧化层形成机制提供了新的见解，补充现有的氧化理论。研究的重点是在2小时高温氧化后形成的微观结构，对应于工业相关的暴露。

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

研究表明，Fe2O3并不仅存在于氧化层的表面，还能够以亚微米晶和超细纳米晶的形式分布在氧化层内部孔隙边缘，而这些孔隙的形成与Fe3O4生成过程中产生的相变应力和热膨胀失配密切相关。与此同时，Fe2O3还可沿Fe3O4氧化层中特定晶面定向生长，形成板条状和针状结构，这一组织特征与原位高温显微镜所观察到的Fe2O3枝晶生长现象高度匹配，表明氧化物的演化并非简单的扩散反应，而是伴随明显的择优取向与形貌演化。此外，在富锰区域中还发现一种与Fe3O4保持共格关系的尖晶石型氧化物 Mn(FeO2)2，其可呈多层重叠的结构形态存在。该研究展示了低合金钢新的高温氧化现象，并结合热力学计算与原位高温显微观察为理解低合金钢的高温氧化行为提供了新的理论视角。

图1 氧化层的分层结构分析

图2 中层氧化物的TKD以及SAED表征

图3 计算相图+裂纹扩展过程和Fe2O3枝晶生长过程的原位高温显微镜观察

图4 Fe3O4基体中Fe2O3形态的TEM分析（对应TKD结果）

图5 富锰区的TEM和原子分辨率高角度环形暗场分析

补充图片 原子分辨率Z衬度分析揭示Mn(FeO2)2重叠结构