[发明专利]氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼方法

说明书

一种氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼工艺冶炼方法，属于特殊钢冶金技术领域。该包括的原料及其质量百分比为：电解铬(8.9～9.1％)、电解锰(0.4～0.5％)、高纯硅(0.05～0.08％)、高纯石墨(0.08～0.12％)、金属钨(1.4～1.6％)、金属钽(0.1％)、金属钒(0.18～0.22％)、海绵钛(0.1～0.25％)、高纯稀土钇(0.2～0.5％)、氧化铁皮(1％)，余量为高纯低硫低磷生铁。其制备方法包括：备料、真空感应熔炼、浇铸、锻造和电渣重熔工艺，制得ODS‑RAFM，具有致密度高、成分均匀、耗能少、纯度高、冶炼方法稳定、满足大型核电设备所需的大规格ODS钢。

技术领域

本发明属于特殊钢冶金技术领域，特别涉及一种氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼方法。

背景技术

核能的发展已经到了第IX代，反应堆内的工作环境变的更加严酷，材料尤其是第一壁/包壳材料是实现第四代核反应堆“高效、安全、经济”运行的关键性问题。低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)因其具有较低的辐照肿胀率、热膨胀系数和较高热导率以及良好的机械性能，被选为聚变反应堆包层的首选结构候选材料，这些材料在300～500℃时具有较高的导热率及抗中子辐照损伤的能力。但其高温强度不足(运行最高温度仅能达到550℃)及容易产生氦脆等缺点，极大的限制了其在聚变堆第一壁以及第IV代裂变快堆包壳等关键部位的使用。由于低活性的要求，可添加的合金元素有限，单纯通过合金化的方法很难大幅提高其性能。

氧化物弥散强化(ODS)被认为是提高材料使用温度范围的有效技术，为提高RAFM钢的高温强度，近年来世界各国科学家均开始研究在低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)基体中添加Y₂O₃制备氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢(ODS-RAFM)。钢中纳米析出相(富Y-Ti-O相)对位错具有强的钉扎作用，可显著提高材料的高温强度及高温蠕变强度，同时Y₂O₃可以捕获辐照产生的空位或He原子，减少辐照造成的损伤。ODS钢制备的关键是将细小的氧化物质点均匀分散在基体中，中国专利CN101328562A公布的氧化物弥散强化低活化马氏体钢材料及其制备方法将CLAM钢粉、Y₂O₃粉和Ti粉均匀混合后置于密封容器中除气，其后在高纯氩气保护下机械合金化，等静压或热压烧结致密化成型，继而进行热挤压或锻造轧制等加工成型制备所需型材。制备的合金具有抗强中子辐照、高温性能优良和低活化等特点。中国专利CN102828097A公布的用机械合金化法制备含氮ODS无镍奥氏体合金的方法，以Fe、Cr、Mn、W、Ti、Al的纯金属元素粉末与纳米Y₂O₃粉末按Cr：17～20％，Mn：18～22％，W：1.5～2.5％，Al：2～4％，Ti：0.5～1.0％，Y₂O₃：0.3-0.6％，余量为Fe混合，装入卧式行星式高能球磨机中进行机械合金化，其后烧结得到含氮ODS无镍奥氏体合金，可在很大程度上改善无镍奥氏体不锈钢在高温环境下的服役能力。

以上机械合金化的工艺制备ODS钢，可在一定程度上提高合金的高温性能，但是由于采用的机械合金化设备不同和需控制的工艺参数较多，造成目前机械合金化工艺的稳定性和重现性较差，很难形成统一的操作标准实现大规模生产。且该工艺存在着固有的粉末易污染和氧化及成品密实度低、缺陷较多等问题，很难制备出洁净度相同、组织和性能相同的钢。同时缺乏大型机械合金化及成型设备，使ODS钢的工业化应用受到阻碍。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢(ODS-RAFM)及其冶炼方法，经过备料、真空感应熔炼、浇注、锻造和电渣熔融工艺，制得ODS-RAFM，具有纯度高、冶炼方法稳定、满足大型核电设备所需的大规格ODS钢。