[發(fā)明專利]納米氧化物和碳化物彌散強化低活化鋼及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110484622.6
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113186444B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴有為;周亞舉;易果強;尹圣銘;薛麗紅;余圣甫;張鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/28;B33Y70/10
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 陳燦

本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及納米氧化物和碳化物彌散強化低活化鋼及制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明制備方法包括以下步驟：(1)將合金鋼粉和納米氧化物粉末混合均勻后，得到復(fù)合金屬粉末；(2)使用鋼帶包裹所述復(fù)合金屬粉末，并通過成形拉絲技術(shù)得到藥芯焊絲；(3)以所述藥芯焊絲為原料，利用電弧熔絲增材制造設(shè)備進行增材制造，即可得到低活化鋼。本發(fā)明根據(jù)逐層沉積原理，用電弧熱熔化金屬絲材，在軟件程序的控制下，由線?面?體逐漸成形所需金屬構(gòu)件，無需模具且效率高、成本低，特別在制造大型復(fù)雜金屬構(gòu)件上具有獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及納米氧化物和碳化物彌散強化低活化鋼及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

低活化鋼，具有低熱膨脹率、低嬗變、低輻照腫脹等低活化特性的鋼件，由于其具有良好的抗中子輻照性能和低活化特性及相對成熟的工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，被普遍認為是未來核聚變堆和商用核聚變電站的首選結(jié)構(gòu)材料。納米結(jié)構(gòu)氧化物彌散強化（ODS）和晶內(nèi)析出納米MX（M=Ti, X=C）相強化低活化鋼作為新一代核反應(yīng)堆包殼材料已經(jīng)引起國際廣泛的關(guān)注和研究。然而在服役過程中，材料的組織穩(wěn)定性與材料的服役性能之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。而MX的粗化速度遠遠小于M₂₃C₆，即其穩(wěn)定性更高。而且高密度、高穩(wěn)定性的位錯和大量穩(wěn)定的納米ODS低活化高強鋼，有利于捕獲He粒子從而防止He泡的形成，同時阻礙晶界的運動和晶粒長大，提高核反應(yīng)堆用材料的蠕變強度。而且，獨特的微觀結(jié)構(gòu)賦予了ODS和MX強化低活化高強鋼優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗輻照性能，使其最高服役溫度可提高至650-700 ℃。因此，ODS和MX強化低活化鋼被認為是最具潛力的新型核用結(jié)構(gòu)材料之一，由此成為國際核材料領(lǐng)域的研究焦點。然而ODS和MX強化低活化鋼目前普遍采用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制備，這種方法不僅制備效率低，制備成本高，而且上述缺點在很大程度上限制了ODS和MX強化低活化鋼的實際生產(chǎn)及其應(yīng)用。

CN101328522B公開了一種聚變堆用低活化馬氏體鋼的冶煉生產(chǎn)方法，第一步，在真空感應(yīng)爐內(nèi)對爐料進行熔煉：(1)真空度0.1-10Pa充氬氣至0.005-0.08MPa，熔化溫度1450～1650℃；(2)合金加料順序，首先熔化純Fe，然后加入Cr、W，接著加入Ta、V，最后添加C、Mn，同時視純鐵中氧含量水平，在加Cr之前添加少量C進行脫氧處理；(3)在線檢測合金元素成分并依據(jù)測試結(jié)果增補合金元素；(4)成分合格后在真空下澆注，澆注溫度1450～1550℃。第二步，根據(jù)真空感應(yīng)熔煉得到的鑄錠成分和內(nèi)部質(zhì)量水平，選擇是否在真空電渣重熔爐或者是氬氣保護的普通電渣重熔爐內(nèi)進行重熔精煉；第三步，鍛造開坯和熱軋生產(chǎn)制備所需CLAM鋼型材。該技術(shù)方案采用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制備，這種方法不僅制備效率低，制備成本高，而且不可避免地引入雜質(zhì)污染。

CN101328562B公開了氧化物彌散強化低活化馬氏體鋼材料及其制備方法，具體公開了將CLAM鋼粉、Y₂O₃粉和Ti粉均勻混合后置于密封容器中除氣，接著在高純氬氣保護下機械合金化，熱等靜壓或熱壓燒結(jié)致密化成型，繼而進行熱擠壓或鍛造軋制等加工成型工藝制備所需型材，最后進行淬火和回火處理制成氧化物彌散強化低活化馬氏體鋼ODS-CLAM。該技術(shù)方案實現(xiàn)了氧化物強化相均勻彌散分布，晶粒尺寸合理的馬氏體系合金，但是容易引入雜質(zhì)污染和難以直接制備大型復(fù)雜的構(gòu)件，還存在改進空間。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)仍缺乏一種效率高、成本低的ODS和MX強化低活化鋼件制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種彌散強化低活化鋼的制備方法，其目的在于根據(jù)逐層沉積原理，用電弧熱熔化金屬絲材，在軟件程序的控制下，由線-面-體逐漸成形所需金屬構(gòu)件，無需模具且效率高、成本低，特別在制造大型復(fù)雜金屬構(gòu)件上具有獨特的優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)粉末冶金法難以制備大型復(fù)雜構(gòu)件的難題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，納米氧化物和碳化物彌散強化低活化鋼的制備方法，包括以下步驟：