[發(fā)明專利]一種Cr?Y?O納米團簇氧化物彌散強化低活化鋼

有效

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• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN105239010B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 單以銀;胡雪;黃禮新;嚴偉;王威;楊柯
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C22C38/26;C22C38/48;C21D6/00;C21D1/28
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發(fā)明屬于抗輻照金屬材料領域，具體涉及一種用于聚變堆的氧化物彌散強化低活化鋼，可抗強中子輻照，具有優(yōu)良的力學性能。

背景技術

中國目前每年耗電量高達47-50萬億度，若所有的電均由超臨界火電機組生產(chǎn)，則每年的耗煤量為140-180億噸，對我國的煤炭資源和自然環(huán)境來說是巨大的挑戰(zhàn)。因此，從環(huán)境和能源兩個角度考慮，發(fā)展核能勢在必行。核聚變能發(fā)電過程中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)零污染排放，而且能量轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)電效率較高。但是，聚變反應堆能否成功建成并順利運轉(zhuǎn)，取決于結(jié)構(gòu)材料能否達到聚變反應堆結(jié)構(gòu)材料的使用要求。目前，低活化鐵素體馬氏體鋼因具有低活化性能，高強度，良好的焊接制造性能和組織穩(wěn)定性，成為未來聚變堆的重要結(jié)構(gòu)候選材料。然而，低活化鐵素體馬氏體鋼適用溫度范圍為350-550℃；當服役溫度超過550℃，低活化鐵素體馬氏體鋼的組織迅速惡化；在高劑量中子輻照下，低活化鐵素體馬氏體鋼中少量合金元素發(fā)生(n,α)反應，產(chǎn)生氦原子并逐漸聚集形成氦泡，迫使低活化鐵素體馬氏體鋼韌性降低。上述低活化鐵素體馬氏體鋼的弱點將限制其在聚變堆關鍵部位的使用，并且會影響整個聚變堆反應堆系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。

為了克服低活化鐵素體馬氏體鋼的高溫組織弱化和輻照腫脹弱點，通常采用粉末冶金方法制備氧化物彌散強化(ODS)低活化鋼，在低活化鐵素體馬氏體鋼基體中人為地加入彌散的惰性Y₂O₃氧化物質(zhì)點，起到彌散強化作用，提高高溫力學性能和抗輻照腫脹性能，專利文獻1(申請?zhí)?00810021329.0)中使用該方法制備了一種氧化物彌散強化低活化鋼。在高溫下，惰性氧化物顆粒不會隨著溫度的升高而粗化或熔解，并且即使長時在高溫交變應力環(huán)境下服役時，惰性氧化物顆粒仍然能夠穩(wěn)定的存在于基體中并且能夠釘扎位錯，阻礙位錯的滑移，強化合金，從而提高材料的高溫力學性能和高溫穩(wěn)定性；同時，納米級氧化物顆粒能夠捕捉基體中的少量活化元素經(jīng)中子輻照時產(chǎn)生的氦原子，阻止氦原子聚集成為氦泡。

目前，這種直接添加惰性Y₂O₃顆粒制備氧化物彌散強化低活化鋼的方法存在一個很大的弱點，即氧化物彌散強化低活化鋼基體中的氧含量無法得到有效地控制。氧化物彌散強化低活化鋼制備過程中，盡管原始的合金粉以及球磨后的混合粉末都儲存在真空手套箱中以隔絕空氣阻止氧化，但是在粉末裝包套焊封時混合粉末都會時常暴露在空氣中，粉末顆粒的比表面積較大，氣體很容易吸附在粉末顆粒的表面。那么，在后期的加工過程中，一旦溫度升高，新鮮的粉末表面就會和粉末表面附著的氧氣發(fā)生氧化反應生成其他的氧化物，例如Fe₂O₃，Cr₂O₃，F(xiàn)eCr₂O₄等等。這些額外的氧化物在基體中會以夾雜物的形式存在，劣化氧化物彌散強化低活化鋼的力學性能。因此，控制氧化物彌散強化鋼的氧含量成為制備高性能氧化物彌散強化鋼的關鍵問題。本發(fā)明研究團隊創(chuàng)造性地提出了在8～10％Cr低活化鋼基體粉末中復合添加Cr-Y球磨混合粉末，獲得10～14％Cr的Cr-Y-O納米團簇氧化物彌散強化低活化鋼。添加的Cr-Y混合粉末中，Y較為活潑，制備過程中額外引入的氧氣會與純金屬元素Y和Cr-Y互溶金屬發(fā)生氧化反應，使其原位生成細小彌散的Y₂O₃顆粒和Cr-Y-O納米團簇，大幅度地降低了氧化物彌散強化鋼基體中的氧含量，并且提高了氧化物彌散強化鋼基體的純凈度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于聚變堆的Cr-Y-O納米團簇氧化物彌散強化低活化鋼，所述Cr-Y-O納米團簇氧化物彌散強化低活化鋼組織均勻，氧化物納米團簇彌散分布。