[发明专利]一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温性能优异的氧化物弥散强化铁素体钢制备技术领域。特别是提供了一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢及制备方法，属于金属材料制备技术领域。

背景技术

氧化物弥散强化铁素体钢由于其优越的抗辐照，低肿胀和高温蠕变性能，可以作为快中子增殖反应堆包覆管用材料，核聚变反应堆第一壁材料，火力发电材料及发动机燃烧室材料。其微观结构特征主要为纳米尺度的超细晶以及基体中2-3nm的Y-Ti-O团簇和几个到几十个纳米的Y₂Ti₂O₇，Y₂TiO₅及其他氧化物作为弥散强化质点钉扎晶界和位错，细晶强化和弥散强化共同作用赋予合金较高的强度和蠕变性能。通过机械合金化制备粉末，热挤压或热等静压固结成型获得的氧化物弥散强化铁素体钢，通常韧性较低，室温均匀延伸率不足5％，由此会影响到合金的后续加工性能，及服役过程中的意外断裂失效。

有研究人员尝试通过控制热处理的条件，使纳米晶粒局部区域发生晶粒异常长大，从而得到双峰粒度分布的晶粒，提高合金的韧性。Eiselt通过冷轧后的真空退火[Eiselt Ch Ch，Klimenkov M，Lindau R，et al.Journal ofNuclear Materials，2009，385(2)：231～235.]，得到了同时具有20-500nm和1-8μm低活度氧化物弥散强化铁素体/马氏体钢(RAFM ODS-Eurofer)。但是该方法获得的双晶结构极不均匀，且异常晶粒长大过程不易控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备既具备高强度又具备优越韧性的氧化物弥散强化铁素体钢的方法，这种方法制备出的合金具有双晶晶粒尺寸分布，且基体中具有弥散分布的强化相质点。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢，按重量百分比，由下述组分组成：

Cr 14-16％，

W 1％-3％，

Ti 0.3-1.0％，

Y₂O₃0.3-1.0％，余量为Fe。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢的制备方法，包括下述步骤：

第一步：球磨粉末的制备

取平均粒度为-200目的Fe-Cr-W粉末与平均粒度为-325目的TiH₂、YH₂粉末以及平均粒度为30nm的Fe₂O₃，按下述重量百分比配料：

YH₂：0.3-0.6wt.％，

TiH₂：0.3-1.0wt.％，

Fe₂O₃0.2-0.5wt.％，余量为Fe-Cr-W；

将所得到的混合粉末在惰性气体保护气氛下进行球磨，得到球磨粉末；

第二步：铁素体钢的制备

取平均粒度为-200目的Fe-Cr-W粉末与第一步所得的球磨粉末按质量比(2-4)∶1混合后，装入钢包套、脱气、封焊，于900℃-1100℃进行包套热锻造，变形量70％-90％；锻造后的样品在1000℃-1200℃保温1-3h，然后空冷，即制得双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢的制备方法中，所述Fe-Cr-W粉末由Fe-14Cr-3W母合金，通过惰性气体雾化制备；所述Fe-14Cr-3W母合金由Fe、Cr、W中间合金在高频真空感应炉中熔炼两次制成。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢的制备方法中，所述球磨采用机械球磨，球料比(6-8)∶1，转速(250-350)r/min，球磨时间(24-48)h。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢的制备方法中，所述惰性气体选自氩气、氮气中的一种。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢的制备方法，制备的双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢，细晶区平均晶粒尺寸范围为200-500nm，粗晶区平均晶粒尺寸范围为10-15μm。

本发明一种双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢的制备方法，制备的双晶结构氧化物弥散强化铁素体钢中存在弥散分布的第二相粒子，以及由球磨粉末产生的细晶组织。