[發(fā)明專利]奧氏體相變區(qū)等溫停留控制9Cr-ODS鋼中殘余鐵素體分布的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710090243.2
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106834882B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉永長;周曉勝;余黎明;劉晨曦;李沖;馬宗青
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;C21D6/00;C21D1/26;C22C38/24;C22C38/22;C22C38/26;B22F3/105;B22F3/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

本發(fā)明涉及一種奧氏體相變區(qū)等溫停留控制9Cr?ODS鋼中殘余鐵素體分布的方法，將燒結(jié)態(tài)或退火態(tài)的9Cr?ODS馬氏體鋼升溫至相應(yīng)狀態(tài)下鋼種奧氏體相變開始溫度Ac₁和結(jié)束溫度Ac₃之間的某一溫度，并在此溫度保溫5～15min；保溫結(jié)束后，繼續(xù)升溫至1100℃，保溫5～15min，以30～1000℃/min冷卻至室溫。通過前期對9Cr?ODS馬氏體鋼進(jìn)行一定的成分設(shè)計和制備工藝調(diào)整，對不同初始狀態(tài)下的9Cr?ODS馬氏體鋼在加熱過程中進(jìn)行奧氏體相變區(qū)等溫停留，可對9Cr?ODS馬氏體鋼中殘余鐵素體的分布進(jìn)行調(diào)控，工藝簡單，目的性強(qiáng)，對鐵素體/馬氏體雙相氧化物彌撒強(qiáng)化合金的研發(fā)具有重要工業(yè)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氧化物彌散強(qiáng)化馬氏體鋼制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種控制氧化物彌散強(qiáng)化馬氏體鋼中殘余鐵素體分布的熱處理工藝。

背景技術(shù)

為了滿足日益增長的能源需求，同時減少對化石燃料的依賴性，世界各國開始關(guān)注先進(jìn)裂變能體系，新型清潔能源的需求也加快了聚變能的相關(guān)研究。先進(jìn)裂變能和聚變能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠和高效最終取決于在嚴(yán)苛條件下長時間服役的高性能結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)。裂變堆和聚變堆的服役環(huán)境涉及高溫、隨時間變化的應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)環(huán)境和強(qiáng)的中子輻照。抗輻照合金的兩個關(guān)鍵要素是：高密度的熱穩(wěn)定納米級析出相，能夠捕獲He原子，形成細(xì)小的氦泡，避免腫脹，保護(hù)晶界；優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。高Cr氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)鐵素體合金表現(xiàn)出上述特性，在納米相彌散強(qiáng)化馬氏體和雙相馬氏體—鐵素體鋼中也可以看到這些特性。

氧化物彌散強(qiáng)化合金主要通過機(jī)械合金化/熱擠壓的粉末冶金路線來制備。上世紀(jì)80年代，國際鎳業(yè)公司實現(xiàn)了MA956和MA957氧化物彌散鐵素體鋼的工業(yè)化生產(chǎn)。日本納米級彌散強(qiáng)化合金研究團(tuán)隊則成功研發(fā)了鐵素體—馬氏體雙相氧化物彌撒強(qiáng)化合金，用作快堆燃料包套材料。日本的研究計劃特別強(qiáng)調(diào)了板狀和管狀制備過程中熱加工—再結(jié)晶順序，有助于力學(xué)性能的各向同性。研究表明，馬氏體—?dú)堄噼F素體相界面的位相差較大，這些大角度晶界能夠阻止裂紋擴(kuò)展。殘余鐵素體和馬氏體這種軟硬組織的搭配更能有效地緩解應(yīng)力集中和抑制應(yīng)變，從而提高鋼材的高溫力學(xué)性能。隨著殘余鐵素體含量的增多，9Cr-ODS鋼在700℃的蠕變強(qiáng)度提高，但是鋼的延展性降低。目前，對殘余鐵素體的控制主要基于氧化物彌散強(qiáng)化鐵素體—馬氏體鋼的合金成分控制，從熱處理工藝調(diào)整的角度去控制殘余鐵素體的含量及尺寸尚未見諸報道。發(fā)明人前期通過控制加熱速率實現(xiàn)了9Cr氧化物彌散強(qiáng)化馬氏體合金中殘余鐵素體含量的調(diào)控，但是在實際生產(chǎn)過程中，加熱速率的精確控制對相關(guān)設(shè)備提出了更高的要求，能否提出一種更為便捷的熱處理工藝以控制殘余鐵素體分布對氧化物彌散強(qiáng)化鐵素體/馬氏體鋼的研發(fā)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過在奧氏體相變區(qū)進(jìn)行等溫停留，通過控制不同初始狀態(tài)下9Cr氧化物彌散強(qiáng)化馬氏體鋼中殘余應(yīng)變能的釋放或碳化物的溶解，進(jìn)而改變奧氏體相變的驅(qū)動力，從而獲得具有不同分布特征的殘余鐵素體。

具體技術(shù)方案如下：

一種奧氏體相變區(qū)等溫停留控制9Cr-ODS鋼中殘余鐵素體分布的方法，其步驟如下：

1)將預(yù)合金化粉末與納米級Y₂O₃按99.65:0.35的質(zhì)量比進(jìn)行混合，預(yù)合金化粉末質(zhì)量成分為Fe-9Cr-1.5W-0.2V-0.07Ta-0.1C；在球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨，采用氬氣保護(hù)；利用放電等離子燒結(jié)將球磨粉末加熱至800℃，保溫5～10min，再繼續(xù)升溫至1100℃，保溫10～15min，燒結(jié)壓力為40～50MP，隨爐冷卻至室溫，得到成型致密度在99％以上的9Cr-ODS馬氏體鋼；或?qū)Y(jié)態(tài)9Cr-ODS馬氏體鋼在800℃退火1～5h，得到退火態(tài)9Cr-ODS鋼；

2)將燒結(jié)態(tài)或退火態(tài)的9Cr-ODS鋼升溫至相應(yīng)狀態(tài)下鋼種奧氏體相變開始溫度Ac₁和結(jié)束溫度Ac₃之間的某一溫度，并在此溫度保溫5～15min；