[發明專利]一種含鋁鐵素體ODS鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201711166855.1
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107974627B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 余黎明;任健;劉永長;李會軍;劉晨曦;馬宗青
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/28;C22C38/06;C22C33/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供的含鋁鐵素體ODS鋼，以質量百分含量計，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y₂O₃、0.3～1％的Zr和余量的Fe。本發明利用Zr元素與Y、O結合形成更加細小彌散的Y?Zr?O納米團簇，有效抑制Y?Al?O粗大顆粒的形成，為Al元素耐腐蝕作用的發揮提供有利條件；另外，細小彌散的Y?Zr?O納米團簇的形成，更為有效地釘扎位錯和阻礙晶界移動，進而提高ODS鋼的強度，使ODS鋼在保持良好耐蝕性的基礎上，還具有優異的機械強度。

技術領域

本發明屬于粉末冶金領域，具體涉及一種含鋁鐵素體ODS鋼及其制備方法。

背景技術

氧化物彌散強化鋼(Oxidation Dispersion Strengthened，以下簡稱ODS鋼)的基體中存在一定數量的納米氧化物顆粒，在服役過程中能夠通過彌散強化的作用阻礙位錯運動及晶粒的長大，相對傳統的耐熱鋼，ODS鋼具有良好的高溫性能和抗輻射損傷性能。因而，ODS鋼被選作為第四代核裂變反應堆候選結構材料之一。

ODS鋼制備過程中，多會添加一些助劑，提升鋼的綜合性能，如Al元素能形成致密的氧化鋁(Al₂O₃)保護膜，顯著提高ODS耐腐蝕和抗氧化性能；氧化釔(Y₂O₃)作為ODS鋼的另一種添加劑，則能提高ODS鋼的熱穩定性和化學穩定性。然而，在實際生產中，Al元素在燒結過程中容易形成AlN、Al₂O₃等中間相，尤其是Al₂O₃極易和Y₂O₃結合形成粗大的Y-Al-O顆粒，與ODS鋼基體不存在共格關系，嚴重影響了ODS鋼的力學性能，添加Al的ODS鋼的屈服強度遠低于不添加Al元素的ODS鋼的力學性能，如PM2000和MA956均為添加Al元素的ODS鋼，室溫屈服強度分別為869MPa和550MPa，顯著低于不添加鋁的ODS鋼MA957的屈服強度1390MPa。如何避免粗大的Y-Al-O顆粒對ODS鋼的不利影響，在不降低ODS鋼強度性能的基礎上，提高ODS鋼的耐腐蝕性，成為亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含鋁鐵素體ODS鋼及其制備方法，本發明提供的ODS鋼不僅具有較高的強度，還具有較好的耐腐蝕性能。

為實現以上目的，本發明提供了一種含鋁鐵素體ODS鋼，以質量百分含量計，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y₂O₃、0.3～1％的Zr和余量的Fe。

優選地，以質量百分含量計，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y₂O₃、0.6～0.9％的Zr和余量的Fe。

本發明還提供了一種含鋁鐵素體ODS鋼的制備方法，包括如下步驟：

將Fe-Cr-Al-W預合金粉、Y₂O₃和Zr混合，在無氧條件下進行球磨，得到預燒結料；

將所述預燒結料在無氧條件下進行熱等靜壓燒結，冷卻后得到含鋁鐵素體ODS鋼。

優選地，所述Fe-Cr-Al-W預合金粉的組分包括：14～16wt％的Cr、1～6wt％的Al、1～3wt％的W和余量的Fe。

優選地，所述以Zr粉的形式提供，所述Zr粉的平均粒徑為8～12μm。

優選地，所述Y₂O₃以Y₂O₃粉的形式提供，所述Y₂O₃粉的平均粒徑為25～40nm。