[發(fā)明專(zhuān)利]復(fù)合場(chǎng)鑄造法生產(chǎn)ODS鋼的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811278193.1
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109128058B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗信成;邵品;王躍川;楊博安
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 遼寧科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22D1/00
• 分類(lèi)號(hào): B22D1/00;C22C33/04
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發(fā)明涉及一種復(fù)合場(chǎng)鑄造法生產(chǎn)ODS鋼的裝置及方法，所述裝置包括鋼包及依次設(shè)于鋼包外側(cè)的電磁振蕩磁場(chǎng)、電磁攪拌磁場(chǎng)；所述電磁振蕩磁場(chǎng)由設(shè)于內(nèi)側(cè)的直流靜磁場(chǎng)和設(shè)于外側(cè)的交流交變磁場(chǎng)組成；本發(fā)明利用電磁振蕩磁場(chǎng)和電磁攪拌磁場(chǎng)組成的復(fù)合場(chǎng)對(duì)外加納米粒子進(jìn)行彌散調(diào)控生產(chǎn)ODS鋼，利用電磁振蕩產(chǎn)生的空化效應(yīng)避免納米粒子團(tuán)聚，利用耦合電磁攪拌產(chǎn)生的強(qiáng)化流動(dòng)對(duì)納米粒子進(jìn)行全局彌散調(diào)控，更好的實(shí)現(xiàn)納米粒子在鋼中的均勻分布，促進(jìn)凝固過(guò)程中納米尺寸Ti?Y?O相析出，改善ODS鋼的蠕變強(qiáng)度、抗輻照性能和耐腐蝕特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及ODS鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合場(chǎng)鑄造法生產(chǎn)ODS鋼的裝置及方法。

背景技術(shù)

氧化物彌散強(qiáng)化鋼(Oxide?dispersion?strengthening或簡(jiǎn)稱(chēng)ODS鋼)是一種熱門(mén)的新能源材料，與傳統(tǒng)的鋼種相比其高溫強(qiáng)度(包括蠕變強(qiáng)度)、抗輻照性能和耐腐蝕特性更加優(yōu)良，同時(shí)該鋼種可作為高性能結(jié)構(gòu)材料，尤其是應(yīng)用于核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料。

納米結(jié)構(gòu)ODS鋼是被極高密度的亞穩(wěn)富Y-Ti-O納米粒子彌散強(qiáng)化的高Cr不銹鋼，最早是來(lái)自Fisher用機(jī)械合金化(MA)/熱擠壓的粉末冶金方法制備出的氧化物彌散強(qiáng)化鐵素體鋼MA957。ODS鋼通常富含高達(dá)1wt％的氧化釔納米粒子，這些氧化釔納米粒子均勻分散在鋼中。ODS鋼到目前為止只能通過(guò)粉末冶金的路線進(jìn)行生產(chǎn)，不但限制了材料產(chǎn)量的提高，又導(dǎo)致其生產(chǎn)成本高昂。由于添加到鋼水中的納米粒子比表面積大、潤(rùn)濕性能差，極易發(fā)生團(tuán)聚，同時(shí)粒子與鋼水之間的密度差，嚴(yán)重影響了粒子的均勻分散。因此，納米粒子在鋼水中的彌散調(diào)控是鑄造生產(chǎn)ODS鋼的關(guān)鍵。

目前，鋼水中加入納米粒子均勻彌散的方法主要以下幾種：

(1)將納米粒子與合金納米粉混合并分散均勻后，壓制成塊，利用鉬棒加入鋼水底部，納米粒子在鋼水中被釋放過(guò)程中配以數(shù)次攪拌(電磁或機(jī)械攪拌)。

(2)將納米粒子和惰性氣體氬氣預(yù)混合，并通過(guò)鋼包底部吹入鋼水，并伴隨氬氣的攪拌作用，彌散在鋼水中。

(3)納米粒子噴吹到熔體中，利用超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)進(jìn)行彌散。

盡管在鋼水中添加納米粒子增強(qiáng)鋼的性能取得了一定的成功，但是納米粒子的團(tuán)聚及均勻彌散問(wèn)題依然存在。很顯然，一種單純的攪拌和預(yù)分散手段是無(wú)法從根本上解決上述問(wèn)題的。

公開(kāi)號(hào)為CN2013102986383的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了“一種向鋼液中螺旋噴吹包覆納米粒子粉體的方法及其裝置”，其屬于鋼鐵冶金工業(yè)向鋼液噴吹納米粉體細(xì)化鋼材晶粒、改善鋼材性能的技術(shù)。主要是采用核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒制備技術(shù)將鐵包覆在納米粒子(包括Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂等氧化物顆粒，以及SiC、BN、TiN等碳氮化合物)表面形成鐵層，有效抑制由界面張力、密度差等造成上浮，消除團(tuán)聚，進(jìn)而提高納米顆粒在鋼液中的分散性。同時(shí)利用螺旋噴吹的主動(dòng)分散方式將包覆鐵的納米粒子均勻加入鋼液中。該裝置盡管對(duì)納米粒子進(jìn)行包覆預(yù)處理，但是當(dāng)噴吹入鋼液中，由于納米粒子本身的屬性，鋼液流動(dòng)過(guò)程中依然存在納米粒子團(tuán)聚的問(wèn)題。

公開(kāi)號(hào)為CN104726639A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了“一種使鋼中外加納米粒子均勻彌散的方法”，其利用冶金研究最常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)簡(jiǎn)單且易推廣應(yīng)用的操作方法，實(shí)現(xiàn)了納米粒子在鋼液中的均勻彌散化。其方法包括：將納米粒子與合金納米粉混合并分散均勻后，壓制成塊，利用鉬棒加入鋼液底部，納米粒子在鋼液中被釋放過(guò)程中配以數(shù)次攪拌，最后以水冷的方式得到鋼錠，其中的納米粒子均勻彌散。單一的攪拌方式依然無(wú)法避免納米粒子在攪拌過(guò)程中的團(tuán)聚問(wèn)題。