[發明專利]一種制備氧化物彌散強化型奧氏體不銹鋼的方法

無效

• 申請號: 200910083638.5
• 申請日: 2009-05-06
• 公開（公告）號: CN101538674A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 周張健;許迎利;李明;何培
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于氧化物彌散強化(Oxide?Dispersion?Strengthened，ODS)合金粉末制備技術領域，特別是提供了一種通過高能球磨實現氧化物、氮元素、純金屬粉末的機械合金化，獲得近球形含氮ODS不銹鋼粉末的方法。

背景技術：

奧氏體不銹鋼以其良好的綜合力學性能、優良的抗蝕性能、抗氧化性能、易加工成型等優點成為第四代核能反應堆，如超臨界水冷堆燃料包殼的候選材料之一。但是，奧氏體不銹鋼的高溫力學性能、抗高溫蠕變能力不能滿足其使用要求。氧化物顆粒彌散強化是提高合金鋼高溫力學性能、抗輻照能力的有效手段，氧化物彌散強化的鐵素體/馬氏體鋼成為研究熱點(見：L.K.Mansur，A.F.Rowcliffe，R.K.Nanstad，S.J.Zinkle，W.R.Corwin，R.E.Stoller.Journal?ofNuclear?Materials?329-333(2004)166-172)。但是在奧氏體不銹鋼中的應用還剛剛起步。與傳統合金中的強化相如碳化物、晶間相相比，氧化物彌散顆粒在高溫下的性能要穩定的多；這些彌散分布在基體中的氧化物顆粒作為位錯移動的阻力可以有效改善合金的抗蠕變能力和高溫強度，另外，彌散分布在基體中的氧化物顆粒可以阻礙再結晶過程的進行，容易獲得穩定的晶粒尺寸。不銹鋼中的氧化物彌散相通常通過機械合金化的方法引入。機械合金化主要通過高能球磨的方式實現。與其它合金化方法相比，機械合金化具有成本低、易操作、常溫下即可實現合金化等優點，而且在球磨罐中可以充入不同的氣氛，除惰性氣體外，在球磨過程中可以使氣體的原子參與被球磨物質發生的固相反應；另外，在原料粉中加入氧化物顆粒，在球磨過程中，混合的原料粉末在球與球、球與壁、球與粉末之間的高速、反復撞擊下承受沖擊、剪切、摩擦和壓縮多種力的作用，經歷反復的擠壓、冷焊及粉碎過程進而實現合金化，使得細小氧化物顆粒的彌散分布在基體合金中。

在奧氏體不銹鋼中引入氮，可以穩定奧氏體組織、有效的提高鋼的強度、韌性、加工硬化能力，使鋼達到很好的強韌性配合，并且提高耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕性能，如耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等。含氮奧氏體不銹鋼以其優越的力學性能和耐蝕性能獲得了各國科研工作者的青睞。自20世紀80年代以來，掀起了研究含氮奧氏體不銹鋼的熱潮。含氮奧氏體不銹鋼根據含氮量可分為控氮型(N含量為0.05-0.10wt％)、中氮型(N含量為0.10-0.40wt％)和高氮型(N含量高于0.40wt％)。國內外制備含氮奧氏體不銹鋼的主要方法有加壓感應熔煉、加壓等離子熔煉、加壓電渣熔煉、反壓鑄造等。這些方法的普遍缺點是設備復雜、工藝控制困難、成本過高。近年來粉末冶金方法開始被應用于含氮不銹鋼的研究。與用熔煉的方法制備含氮不銹鋼相比，粉末冶金方法具有設備簡單、成本低、安全性好、易實現等優點。其中機械合金化是較為常用的粉末冶金方法之一。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種用機械合金化法制備含氮ODS奧氏體不銹鋼的方法。用機械合金化法制備的含氮ODS奧氏體不銹鋼粉末成分均勻，在1100℃退火后室溫下獲得完全奧氏體組織。這種方法能夠同時實現奧氏體不銹鋼的氮元素固溶強化和氧化物彌散強化(ODS)。

本發明制備含氮ODS奧氏體不銹鋼的制備工藝為：一種制備氧化物彌散強化型奧氏體不銹鋼的方法，其特征將Fe、Cr、Ni、W、Ti的純金屬元素粉末與納米Y₂O₃粉末按比例混合，其中Cr：17-19％，Ni：7-9％，W：1.5-2.5％，Ti：0.5-1.0％，Y₂O₃：0.3-0.6％，余量為Fe，然后裝入球磨罐中，抽真空后充入高純氮氣，在行星式高能球磨機中球磨30～120h，不包含停機時間，每球磨5h，停機1h，球磨轉速為380r/min，球料比為10∶1。在高能球磨過程中，各混合粉末隨著球磨時間的延長實現機械合金化。通過改變球磨時間可以獲得不同氮含量的含氮不銹鋼粉末，通過熱壓或熱等靜壓等方法燒結后即得含氮ODS奧氏體不銹鋼。

本發明的另一個技術方案是上述的高純氮氣壓力為0--1.0atm，通過改變氮氣壓力可以獲得不同氮含量的不銹鋼粉末。

本發明的優點：

1.制備的含氮ODS奧氏體不銹鋼粉末成分均勻，含氮量可在0-1.05％之間變化。通過機械合金化這一過程，可以在奧氏體不銹鋼中同時實現氮的固溶強化和氧化物彌散強化(ODS)，提高奧氏體不銹鋼的高溫力學性能和耐蝕性能。