[发明专利]一种氧化物弥散强化铁素体/马氏体钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到第四代核反应堆第一壁关键结构材料的制备技术领域，特别涉及了一种具有优异高温强度和良好抗腐蚀氧化能力的含铝氧化物弥散强化铁素体/马氏体钢及其制备方法。

背景技术

社会发展对能源不断增长的需求和降低对化石燃料依赖之间的矛盾，使得先进的核能系统引起了越来越多的关注。先进的核能系统需要结构材料具备包括高温强度、抗辐照、抗腐蚀等多方面的优异性能，铁素体/马氏体氧化物弥散强化钢因为具有较高的蠕变强度和优异的抗辐照能力被作为先进核能系统的候选材料之一。

对于铁素体/马氏体氧化物弥散强化钢，制约其发展的一大问题就是抗腐蚀能力相对较差。通常方法增加Cr含量改善其抗氧化性能，增加铬含量可以提高抗氧化性，但是材料在长期服役的环境中出现铬元素的富集区，严重恶化材料的力学性能。

铝的虽然能提高强度，并且抑制富集区的产生，但是加入铝会影响弥散粒子的种类，由于Al和Y/O的结合能比Ti和Y/O的结合能更低，会在Ti之前优先与Y/O结合，形成Y-Al-O纳米析出相，考虑纳米粒子的尺寸和数量密度，对材料性能的至关重要的影响，加之现有结果中Y-Al-O的析出相普遍大于Y-Ti-O粒子的现象，为了改变此中问题，专利［201410218467.3］采用直接加入Y-Ti-O的粒子（Y₂Ti₂O₇或Y₂TiO₅）的方法，但是这种方法，很难控制纳米粒子与基体之间的界面，对塑形会有一定的减弱。

热等静压(hotisostaticpressing，简称HIP)是一种集高温、高压于一体的工艺生产技术，加热温度通常在1000~2000^oC之间。对于粉末样品，其使用包套对其密封封装是积极重要的环节，现在通常使用的是金属包套，但是其制备和封装过程要求相对较高，并且由于焊接封口过程中产生的大量热量，对包套中的样品产生相变问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具有优异高温强度和抗氧化性能的纳米结构的氧化物弥散强化钢的成分设计和高效的制备方法。

本发明的第二目的在于提供一种具有优异高温强度和抗氧化性能的纳米结构的氧化物弥散强化钢。

本发明的第三目的在于提供一种具有优异高温强度和抗氧化性能的纳米结构的氧化物弥散强化钢在第四代核反应堆包壳材料及聚变堆第一壁材料上的应用。

为了实现本发明的发明目的，采用的技术方案为：（1）成分为(8-10)%Cr，(0.5-2)%W，(1.5-5.5)%Al，(0.1-0.4)%V，(0.1-0.5)Mn，(0-1.0)%Zr，(0-1.0)%Hf，(0.25-0.5)%Y₂O₃，纯度均为99.9%，C、N含量小于0.1%，其余为Fe，以上均为质量百分数，且至少含有Hf、Zr的一种；

（2）将除Y₂O₃、Zr、Hf、Al等之外的全部元素按照步骤（1）中的质量百分数采用Ar气雾化法制备合金粉，氧含量控制在0.05wt.%以下，并筛选粒度为50-200目的粒子作为机械合金化的备用粉；

（3）将上述机械合金化的备用粉与步骤（1）中的Y₂O₃、Zr、Hf、Al在手操箱中全程Ar气保护下装球磨罐，机械合金化参数为：球料比，即球磨介质与物料的质量比为6-8:1，球磨介质为不锈钢球，转速设定为280-400r/min，按照球磨1-4小时冷却1小时的方式进行多次球磨，球磨时间为25-60h，得到机械合金化粉末；