[發明專利]一種氧化物彌散強化FeCrAl合金管材的制備方法

在審

• 申請號: 201811422686.8
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109594017A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 李靜;楊英;劉實;吳颯建;熊良銀;翟劍晗;劉彤;葛鵬;李明群
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;中廣核研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/28;C21D8/10;C22C33/02
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

一種氧化物彌散強化FeCrAl合金管材的制備方法。本發明屬于核電管材制備技術領域，具體公開了一種核燃料包殼材料用的氧化物彌散強化(ODS)FeCrAl合金管材的制備方法，旨在實現高強度ODS?FeCrAl合金薄壁管材的國產化。該ODS?FeCrAl合金管材的制備采用冷軋+道次熱處理工藝，其特征在于：軋制速度控制在100～600轉/分鐘，管材變形量控制在10％～50％。每道次的熱處理采用真空退火方式，退火溫度為700℃～1150℃，保溫時間為30～90分鐘。本發明所述管材制備方法不會影響ODS?FeCrAl合金中Y?Al?O氧化物強化相的顆粒大小和彌散狀態，制得的管材具有晶粒細小、組織均勻的晶體結構，且ODS管材具有優異的強度和抗蠕變能力，以及優秀的抗氧化、輻照腫脹性能。

技術領域

本發明屬于核電管材制備技術領域，具體涉及一種核燃料包殼材料用的氧化物彌散強化(Oxide Dispersion Strengthened,ODS)FeCrAl合金管材的制備方法。

背景技術

2011年日本福島核電廠因海嘯引發的核電安全危機，使全球核電安全意識提升到前所未有的高度，事故容錯燃料的研發應運而生。事故容錯燃料旨在較長時間內抵抗嚴重事故工況，同時保證正常運行條件下的性能與現有燃料系統相當或更好。氧化物彌散強化(Oxide Dispersion Strengthened,ODS)FeCrAl合金因其具有優異的抗蠕變、抗氧化、抗輻照腫脹、中子經濟損失小和強度高等優點，成為事故容錯燃料包殼的候選材料之一。與鑄態FeCrAl合金不同，ODS-FeCrAl合金基體內含有高密度彌散分布、納米尺寸的Y₂O₃、Y-Al-O氧化物顆粒，在塑性變形或位錯蠕變中通過釘扎，抑制晶界和位錯運動，使得合金的硬度和強度顯著增加而塑性和延展性降低。

高強度的ODS-FeCrAl合金帶來管材的加工困難，尤其是制備薄壁管材。目前，軋制成功且已報道的ODS-FeCrAl管材只有美國的MA956、德國的PM2000系列。我國的ODS-FeCrAl合金研發與制備起步較晚，在核電裝備及材料使用上大多依賴進口，材料的落后嚴重制約我國核電產業的發展。為打破國外壟斷，本發明在材料制備的基礎上，采用冷軋方式制備出一系列ODS-FeCrAl合金管材，合金中細小彌散的Y-Al-O復合氧化物保證了其優異的力學性能，優秀的抗氧化耐腐蝕和耐磨能力。

發明內容

本發明提供了一種核燃料包殼材料用的ODS-FeCrAl合金管材的制備方法，旨在打破國外高強度ODS-FeCrAl合金管材制備的壟斷地位。本發明采用冷軋加道次熱處理方式，通過對道次減徑量、熱處理條件及道次徑/壁比的調控，降低管坯制備的不均勻性，獲得Y-Al-O納米氧化物彌散分布、晶粒尺寸細小的ODS-FeCrAl精密管材。

本發明技術方案如下：

一種ODS-FeCrAl合金管材的制備方法，其特征在于，所述ODS-FeCrAl合金管材化學成分為(重量百分比)：Cr 9.0～22.0；Al 0.0～8.0；Ti 0.0～0.5；W 0～2.5；V 0.0～0.5；Y 0.2～1.0；Zr 0.0～0.5％；Si 0.0～0.2wt％；O 0.05～0.25；和平衡量的Fe；

具體制備方法包括以下步驟：

A)利用機械合金化法或內氧化法制得ODS-FeCrAl合金粉末；

B)利用熱等靜壓或熱擠壓工藝實現ODS-FeCrAl合金化；

C)去包套后，將合金熱鍛成棒；

D)熱處理后采用穿孔工藝制成管坯；

E)采用冷軋+道次熱處理工藝減小所述管坯的直徑和/或壁厚，直至得到尺寸要求的管材。