[发明专利]一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法。

背景技术

第一壁包壳材料是未来聚变反应堆的最重要的结构部件之一，直接关系到反应堆的设计寿命。金属材料在核反应辐照下会发生硬化和脆化效应从而导致失效，现有材料均不满足聚变堆的设计使用要求。目前学界普遍认为通过添加三氧化二钇弥散强化的低活化铁素体/马氏体钢是最有希望应用于聚变核反应示范堆的首选材料。

目前，制造三氧化二钇弥散强化钢最常用的方法是，将各合金元素粉末混合球磨，合金粉末承受多种力的作用从而实现固态下合金化效果，然后，再通过热等静压或热挤压进行致密化烧结，但是，该生产过程复杂、生产成本高，尤其不利于生产大尺寸部件，而且，制备的钢的力学性能和组织存在各向异性现象，因而，相对而言，铸造生产钢工艺和设备简单，可生产各种尺寸和复杂形状铸件。

而现有的铸造方法无法制备三氧化二钇弥散强化钢，其原因在于：三氧化二钇熔点高，有很强的热稳定性，在铸造温度范围内不会发生分解或与其他金属元素结合形成化合物；三氧化二钇密度小于铁水，在铸造过程中三氧化二钇浮在铁水表面，弥散效果差；三氧化二钇粉末与铁水润湿性差，难以与铁及其他元素产生合金化反应，因而，在铸造过程中，往铁水中直接添加的三氧化二钇将以杂质元素形式团聚在钢样表面，达不到强化效果。

发明内容

本发明的目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，生成过程简单，成本低，适合批量生产，制备的钢的力学性能和组织各向同性。

本发明的技术方案：一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于，包括有以下步骤：

（1）首先将铁粉、三氧化二钇粉均匀混合进行机械球磨，其中，三氧化二钇粉质量占铁粉、三氧化二钇粉混合粉质量的百分比1-80%；

（2）将球磨后的混合粉末压制成块；

（3）在还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、冷却；

（4）在熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Cr 为8-9.5%，Mo为0.85-1.05%，Si为0.2-0.5%，Nb为0.06-0.1%，V为0.18-0.25%，N为0.03-0.07%，C为0.08-0.12%，Mn为0.3-0.6%，铁-三氧化二钇中间合金为0.2-0.5%，其余为Fe。

采用上述技术方案，通过铁-三氧化二钇中间合金，使得其熔点比三氧化二钇低，在铸造温度范围内会发生分解、与其他金属元素结合形成化合物；密度比三氧化二钇高，不会浮在铁水表面，弥散效果好；润湿性好，容易与铁及其他元素产生合金化反应，这种加工方法，生成过程简单，能适合批量生产，而且，制备的钢的力学性能和组织各向同性。

本发明的进一步设置：机械球磨时间为5-100小时，球磨介质为乙醇。

采用上述进一步设置，可以使得Fe粉和三氧化二钇粉末充分混合，并发生原子间结合。

本发明的再进一步设置：步骤（2）中压制采用等静压成型或模压成型。

采用上述再进一步设置，制备成的块状中间合金，有利于后序铸造熔炼时进行添加。

本发明的再更进一步设置：烧结温度为700-1500℃，并保温1-5小时。

采用上述再更进一步设置，可以使得压制的中间合金紧密结合，粉末不脱落。

本发明的再更进一步设置：烧结温度为1410℃，保温时间为1小时。

采用上述再更进一步设置，可以使得烧结充分，结合力好。

本发明的再更进一步设置：步骤（3）中烧结采用的设备为保护气氛管式炉，步骤（4）中熔炼炉为真空感应熔炼炉。

采用上述再更进一步设置，可以使得中间合金中不带入杂质污染。

附图说明

图1为实施例1中球磨后混合粉末的结构图；

图2为实施例2中球磨后混合粉末的结构图；

图3为实施例3中球磨后混合粉末的结构图；

图4为实施例4中球磨后混合粉末的结构图；

图5为实施例1烧结后铁-三氧化二钇中间合金结构图；

图6为实施例1制成的三氧化二钇弥散强化钢TEM图。

具体实施方式

实施例1：