[發明專利]采用表面氧化+爆炸壓實制備氧化物彌散強化鐵素體鋼

有效

• 申請號: 201910624315.6
• 申請日: 2019-07-11
• 公開（公告）號: CN110343935B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 劉實;閆福照;熊良銀;李靜;王永利
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/28;B22F3/08;C22C32/00
• 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

本發明提供了一種新型氧化物彌散強化鐵素體鋼制備方法，包括：將霧化粉末進行表面氧化得到含氧粉末，將含氧粉末進行爆炸壓實實現粉末的成型，最后將壓坯在一定溫度下熱處理，促使氧化膜分解和納米氧化物彌散相生成，從而得到彌散相均勻分布的鐵素體鋼。表面氧化和爆炸壓實兩種方法相對機械合金化和熱等靜壓來說是比較廉價的方法，能夠大大縮短制備時間，提高效率，為大規模制備ODS鋼提供了可能。同時，通過爆炸壓實工藝能夠實現氧化物彌散強化鐵素體鋼板材、棒材甚至管材的制備，其制備級別能夠達到百公斤級甚至噸級。

技術領域

本發明涉及氧化物彌散強化鋼，具體的說是提供一種提高制備效率、降低成本、可批量生產納米氧化物彌散強化鐵素體鋼的新型制備方法。

背景技術

納米氧化物彌散強化鐵素體鋼中均勻的分布著極高密度的納米尺寸析出相，這些納米尺度析出相可以作為俘獲輻照產生的點缺陷和核反應生成的He的位點，使點缺陷和He分別以極其細微的點缺陷團和He泡形式均勻分布在材料基體內，從而能夠有效降低輻照腫脹效應和He脆。另外，超高密度的氧化物彌散強化相具有優異的高溫穩定性，能夠對位錯和晶界進行有效的釘扎，進而顯著提高材料的強度和抗高溫蠕變性能，所以納米氧化物彌散強化鋼成為先進聚變堆第一壁及快中子增殖反應堆燃料包殼結構的候選材料。

氧化物彌散強化鋼的主要制備工藝為機械合金化及后續的熱等靜壓及熱擠壓過程。然而機械合金化過程中合金粉末易吸附雜質元素，并且制備效率低，成本高。所以該方法并不適合用于大量制備氧化物彌散強化鋼。另外一種比較常用的工藝是采用氧化的方法，在粉末表面生成一層氧化膜或者其他的氧化物前驅體，在隨后的熱等靜壓過程中氧化物前驅體分解產生氧，然后與粉末內部Y、Al、Ti等元素結合，形成納米尺度的彌散強化相。雖然這種方法成本有所降低，但是其產生的納米氧化物比較容易集中在粉末原始邊界附近，分布不均勻，同時由于熱等靜壓過程溫度較高，容易導致氧化物相尺寸偏大，彌散強化效果降低。所以，開發一種適用于大量制備性能良好的氧化物彌散強化鋼的工藝是一個亟待解決的問題。

發明內容

針對現有納米氧化物彌散強化鋼制備中采用機械合金化和熱等靜壓工藝導致的產量低，成本高以及氧化法導致氧化物分布不均勻的問題，本發明提供一種表面氧化與爆炸壓實相結合制備納米氧化物彌散強化鋼的方法，在保證納米氧化物彌散強化相生成的同時，提高效率，節約成本并且能夠實現大尺寸構件的制備。

本發明技術方案如下：

一種采用表面氧化+爆炸壓實制備納米氧化物彌散強化鐵素體鋼的方法，其特征在于：通過表面氧化使粉末表面生成一層亞穩態氧化膜；然后利用爆炸壓實工藝實現成型的同時使粉末變形破碎，進而引起粉末表面氧化膜的重新分布，避免隨后生成的氧化物強化相集中在粉末原始邊界附近，同時產生大量位錯空位等缺陷，作為氧化物強化相的形核位置，促進納米氧化物強化相的生成；最后對壓坯進行相應的熱處理，得到納米氧化物彌散強化鐵素體鋼。

所述制備方法的具體工藝過程為：

1)、采用真空感應爐熔煉合金母錠，氬氣霧化制粉獲得含有Y、Ti等活潑元素的合金粉末；

2)、將合金粉末在低氧濃度、中溫條件下進行氧化，在氧化粉末表面形成一層氧化膜，此氧化膜主要由Fe的氧化物組成；

3)、將氧化后的粉末裝入模具中，根據粉末粒徑，粉末氧含量等調整爆炸壓實實驗的參數，然后進行爆炸壓實，實現從粉體到合金的轉化過程；

4)、將爆炸壓實后得到的壓坯在一定溫度下保溫一定的時間，實現氧化膜分解，氧向內部擴散并與Y、Ti等活潑元素結合生成納米尺度氧化物彌散相。