[發明專利]氧化物彌散強化低活化鐵素體/馬氏體鋼及其冶煉方法

有效

• 申請號: 201611102765.1
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106756434B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 戰東平;邱國興;蔡南;劉越;葛啟楨;楊永坤;劉志明;孟沈童;姜周華;李長生;張慧書
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C33/04
• 分類號: C22C33/04;C22B9/18;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/02;C22C38/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

一種氧化物彌散強化低活化鐵素體/馬氏體鋼及其冶煉工藝冶煉方法，屬于特殊鋼冶金技術領域。該包括的原料及其質量百分比為：電解鉻(8.9～9.1％)、電解錳(0.4～0.5％)、高純硅(0.05～0.08％)、高純石墨(0.08～0.12％)、金屬鎢(1.4～1.6％)、金屬鉭(0.1％)、金屬釩(0.18～0.22％)、海綿鈦(0.1～0.25％)、高純稀土釔(0.2～0.5％)、氧化鐵皮(1％)，余量為高純低硫低磷生鐵。其制備方法包括：備料、真空感應熔煉、澆鑄、鍛造和電渣重熔工藝，制得ODS?RAFM，具有致密度高、成分均勻、耗能少、純度高、冶煉方法穩定、滿足大型核電設備所需的大規格ODS鋼。

技術領域

本發明屬于特殊鋼冶金技術領域，特別涉及一種氧化物彌散強化低活化鐵素體/馬氏體鋼及其冶煉方法。

背景技術

核能的發展已經到了第IX代，反應堆內的工作環境變的更加嚴酷，材料尤其是第一壁/包殼材料是實現第四代核反應堆“高效、安全、經濟”運行的關鍵性問題。低活化鐵素體/馬氏體鋼(RAFM)因其具有較低的輻照腫脹率、熱膨脹系數和較高熱導率以及良好的機械性能，被選為聚變反應堆包層的首選結構候選材料，這些材料在300～500℃時具有較高的導熱率及抗中子輻照損傷的能力。但其高溫強度不足(運行最高溫度僅能達到550℃)及容易產生氦脆等缺點，極大的限制了其在聚變堆第一壁以及第IV代裂變快堆包殼等關鍵部位的使用。由于低活性的要求，可添加的合金元素有限，單純通過合金化的方法很難大幅提高其性能。

氧化物彌散強化(ODS)被認為是提高材料使用溫度范圍的有效技術，為提高RAFM鋼的高溫強度，近年來世界各國科學家均開始研究在低活化鐵素體/馬氏體鋼(RAFM)基體中添加Y₂O₃制備氧化物彌散強化低活化鐵素體/馬氏體鋼(ODS-RAFM)。鋼中納米析出相(富Y-Ti-O相)對位錯具有強的釘扎作用，可顯著提高材料的高溫強度及高溫蠕變強度，同時Y₂O₃可以捕獲輻照產生的空位或He原子，減少輻照造成的損傷。ODS鋼制備的關鍵是將細小的氧化物質點均勻分散在基體中，中國專利CN101328562A公布的氧化物彌散強化低活化馬氏體鋼材料及其制備方法將CLAM鋼粉、Y₂O₃粉和Ti粉均勻混合后置于密封容器中除氣，其后在高純氬氣保護下機械合金化，等靜壓或熱壓燒結致密化成型，繼而進行熱擠壓或鍛造軋制等加工成型制備所需型材。制備的合金具有抗強中子輻照、高溫性能優良和低活化等特點。中國專利CN102828097A公布的用機械合金化法制備含氮ODS無鎳奧氏體合金的方法，以Fe、Cr、Mn、W、Ti、Al的純金屬元素粉末與納米Y₂O₃粉末按Cr：17～20％，Mn：18～22％，W：1.5～2.5％，Al：2～4％，Ti：0.5～1.0％，Y₂O₃：0.3-0.6％，余量為Fe混合，裝入臥式行星式高能球磨機中進行機械合金化，其后燒結得到含氮ODS無鎳奧氏體合金，可在很大程度上改善無鎳奧氏體不銹鋼在高溫環境下的服役能力。

以上機械合金化的工藝制備ODS鋼，可在一定程度上提高合金的高溫性能，但是由于采用的機械合金化設備不同和需控制的工藝參數較多，造成目前機械合金化工藝的穩定性和重現性較差，很難形成統一的操作標準實現大規模生產。且該工藝存在著固有的粉末易污染和氧化及成品密實度低、缺陷較多等問題，很難制備出潔凈度相同、組織和性能相同的鋼。同時缺乏大型機械合金化及成型設備，使ODS鋼的工業化應用受到阻礙。

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低活化鐵素體/馬氏體鋼(ODS-RAFM)及其冶煉方法，經過備料、真空感應熔煉、澆注、鍛造和電渣熔融工藝，制得ODS-RAFM，具有純度高、冶煉方法穩定、滿足大型核電設備所需的大規格ODS鋼。