High chromium ferritic steels are being used as construction materials for interconnects in solid oxide electrolysis cells (SOEC). Addition of niobium in the range of a few tenths of a percent is suitable for increasing the high-temperature creep strength of this type of ferritic steel. In the present work, the high-temperature isothermal oxidation behavior of a niobium containing ferritic steel at 800 °C was investigated in Ar–4%H2–4%H2O gas simulating the service environment in an SOEC (cathode side) and compared with that of a Nb-free counterpart alloy. Gravimetric data were correlated with the results from microstructural analyses using, among others, scanning and transmission electron microscopy as well as glow discharge optical emission spectroscopy. Atom probe tomography was used for obtaining atomic-scale insight into the segregation processes in external oxides and their interfaces. The oxidation rate was substantially higher for the Nb-containing than for the Nb-free alloy. Both alloys formed double-layered oxide scales consisting of inner chromia and outer MnCr2O4 spinel. Additionally, a thin layer of rutile-type Nb(Ti,Cr)O2 oxide of 200–300 nm thickness was observed at the scale–alloy interface in the Nb-containing steel. Nb addition to the alloy led to its segregation at chromia grain boundaries which affected the diffusion of Cr and other solute species such as Ti, Mn and Si.

中文翻译：

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Nb添加对高铬铁素体钢在Ar-H2-H2O中氧化机制的影响

高铬铁素体钢被用作固体氧化物电解槽 (SOEC) 中的互连结构材料。在百分之几的范围内添加铌适合提高这类铁素体钢的高温蠕变强度。在目前的工作中，在模拟 SOEC（阴极侧）服务环境的 Ar–4%H2–4%H2O 气体中研究了含铌铁素体钢在 800 °C 下的高温等温氧化行为，并与不含 Nb 的对应合金。重量数据与使用扫描和透射电子显微镜以及辉光放电发射光谱等方法进行的微观结构分析的结果相关联。原子探针断层扫描用于获得对外部氧化物及其界面中的分离过程的原子级洞察力。含 Nb 合金的氧化速率明显高于不含 Nb 合金的氧化速率。两种合金均形成由内部氧化铬和外部 MnCr2O4 尖晶石组成的双层氧化皮。此外，在含 Nb 钢的氧化皮-合金界面处观察到 200-300 nm 厚的金红石型 Nb(Ti,Cr)O2 氧化物薄层。添加到合金中的 Nb 导致其在氧化铬晶界处的偏析，这会影响 Cr 和其他溶质物质（如 Ti、Mn 和 Si）的扩散。两种合金均形成由内部氧化铬和外部 MnCr2O4 尖晶石组成的双层氧化皮。此外，在含 Nb 钢的氧化皮-合金界面处观察到 200-300 nm 厚的金红石型 Nb(Ti,Cr)O2 氧化物薄层。添加到合金中的 Nb 导致其在氧化铬晶界处的偏析，这会影响 Cr 和其他溶质物质（如 Ti、Mn 和 Si）的扩散。两种合金均形成由内部氧化铬和外部 MnCr2O4 尖晶石组成的双层氧化皮。此外，在含 Nb 钢的氧化皮-合金界面处观察到 200-300 nm 厚的金红石型 Nb(Ti,Cr)O2 氧化物薄层。添加到合金中的 Nb 导致其在氧化铬晶界处的偏析，这会影响 Cr 和其他溶质物质（如 Ti、Mn 和 Si）的扩散。