[發明專利]一種氧化物彌散強化鋼的制備方法及一種馬氏體鋼

在審

• 申請號: 201510808687.6
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN105274440A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 燕青芝;洪志遠
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C22C38/28;C22C33/04;C21D8/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種氧化物彌散強化鋼的制備方法及一種馬氏體鋼，所述馬氏體鋼為按此制備方法的制得的一種ODS低活性馬氏體鋼。

背景技術

氧化物彌散強化(Oxidedispersionstrengthening,ODS)鋼中細小且分布均勻的氧化物彌散相不僅顯著提高鋼的高溫蠕變強度，而且彌散相的存在還能起到輻照生成缺陷尾閭的作用，明顯提高鋼的抗輻照腫脹能力，因此ODS鋼被認為是最有發展前途的抗輻照核電用鋼，其制備工藝更是研究熱點。目前已報道的ODS鋼全部采用粉末冶金工藝制備，通過高能球磨的機械合金化過程將氧化釔等陶瓷顆粒與鐵合金粉球磨混合，實現陶瓷粉體在鋼中的彌散分布；球磨后的粉體通過熱等靜壓成型燒結獲得鋼坯。機械合金化制備ODS鋼最早的工作來自Fisher等人制備的MA957鐵素體鋼，該鋼顯示出高的拉伸強度、蠕變強度及不同尋常的抗輻照損傷能力。日本繼續了ODS鋼的研究,用金屬合金粉和Y2O3粉經機械球磨、封套后在673K除氣,然后在1423K熱擠壓,制備出用于快堆燃料包殼的納米結構ODS鋼9Cr-0.13C-0.2Ti-2W-0.35Y2O3棒材；通過后續工藝過程中的熱機械加工和再結晶,使鋼達到較高的各向同性。專利(申請公布號CN102277525A)提供了一種通過高能球磨實現鐵鉻預合金粉末與納米氧化物的機械合金化，并通過熱壓燒結和熱等靜壓處理得到ODS鋼的燒結體的方法。在此發明專利中，發明人采用真空感應熔煉爐煉制母合金并氬氣霧化得到Fe-Cr-W-Si-Zr-Ti-Y預合金粉末，通過在預合金粉末中加入適量的Si、Zr、Ti、Y以保證ODS鋼中超細復雜氧化物納米顆粒的析出；預合金粉與氧化釔陶瓷粉通過長時間球磨進行彌散混合、通過熱等靜壓燒結致密化獲得ODS鋼。

采用機械合金化制備ODS鋼存在以下主要問題：一是受機械合金化工藝的限制，單批次產量小、批次間穩定性差；二是工藝流程長、制造成本高；三是材料的各項異性問題突出。考慮到鋼的批量劃、穩定化、低成本制備需求，申請人一直探索通過熔煉工藝獲得ODS鋼。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種氧化物彌散強化鋼的制備方法及一種馬氏體鋼，所述制備方法的原理是基于稀土元素RE與O之間強烈的結合能，其標準摩爾生成焓高于其他合金元素的氧化物生成焓，非常容易形成穩定的稀土氧化物、通過稀土元素的加入時機和氧的引入方式，使稀土元素與氧結合生成細小氧化物顆粒，所述制備方法在鑄模中加入鐵的氧化物，向充分脫氧后的鋼液中加入適量稀土元素并快速澆鑄到鑄模中，通過稀土元素與鐵的氧化物反應得到氧化物彌散強化鋼(ODS鋼)；

進一步地，所述制備方法具體包括：

S1：在鑄模中加入鐵的氧化物；

S2：將工業純鐵加入坩堝熔煉，抽真空到10Pa時送電；

S3：抽真空到真空度<7Pa后進行精煉，精煉過程中通過脫氧元素Al的燒損控制脫氧深度，當氧濃度[O]<10^-5時加入合金元素進行合金化；

S4：向完成合金化的鋼液中加入稀土元素，攪拌后快速將鋼液澆鑄到鑄模中，獲得ODS鋼；

進一步地，所述S4中加入稀土元素為釔，所述S1中加入鐵的氧化物為Fe₂O₃，所述Y和Fe₂O₃的物質的量之比為1:1-1.2:1。

進一步地，所述S2中熔煉和抽真空采用真空感應/磁力攪拌工藝，熔煉溫度在鐵熔點以上100-200℃，所述S4中澆鑄溫度視鋼液流動性而定，在保證流動性的同時盡可能降低鋼液溫度；

進一步地，一種馬氏體鋼，由上述方法制得的ODS鋼熱鍛、熱軋、熱加工和熱處理所得，所述ODS鋼各種成分占總質量的百分比：C：0.08～0.15％、Cr：8.0～9.9％、Mn：0.45～0.6％、W：2.0～2.5％、N：0.05～0.07％、Ta：0.10～0.20％、Ti:0.4～0.55％、Si：0.10～0.15％、V：0.04～0.05％、Y：0.01～0.5％、B<0.001％、S<0.003％、P<0.005％、Fe余量；

進一步地，所述馬氏體鋼制備的具體步驟包括：

(a)將S4制得的ODS鋼鍛造或者軋制進行第一次熱變形，得到半成品；

(b)將所述半成品加熱到1150℃-1200℃的范圍，通過熱軋制再次變形直至得到所要求的形狀及尺寸的制品；