[发明专利]一种RAFM钢用纳米强化剂及其制备和使用方法

说明书

一种RAFM钢用纳米强化剂及其制备和使用方法，属于特殊钢冶金技术领域。该RAFM钢用纳米强化剂含有的组分及其质量百分比为：有效粒子Y₂TiO₅和Y₂Ti₂O₇为5～13％，余量为纯铁。其制备方法为：按照一定浓度配置前驱液体(FeCl₃、Y(NO₃)₃和Ti(SO₄)₂混合液)；其后采用浓氨水进行滴定，得到前驱胶体，进行离心洗涤、脱水脱氯处理后，制得纳米前驱体；采用CO还原预分散制备纳米粒子；配加电解铁粉，于真空感应炉内真空碳脱氧熔炼，铸锭并轧制成型；采用喂线工艺，将强化剂在精炼过程中加入钢液。该方法制备的纳米强化剂在RAFM冶炼过程中添加纳米有效强化粒子Y₂TiO₅及Y₂Ti₂O₇提高钢材性能，节约生成成本，且有利于RAFM钢的洁净化生产。

技术领域

本发明属于特殊钢冶金技术领域，特别涉及一种RAFM钢用纳米强化剂及其制备和使用方法。

背景技术

低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)因其具有较低的辐照肿胀和热膨胀系数、较高的热导率等优良的热物理、机械性能，以及相对较为成熟的技术基础，被普遍认为是未来聚变示范堆和聚变动力堆的首选结构材料。随着核电技术的发展，对核电用钢高温和抗辐照性能提出了更高的要求。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。相关研究表明采用一定技术手段使钢中弥散分布大量纳米强化粒子制备ODS-RAFM钢成为一条有效的解决途径。

中国专利CN101328562A公布的氧化物弥散强化低活性马氏体钢材料及制备方法，将CLAM钢粉、Y₂O₃粉和Ti粉均匀混合后置于密封容器中除气后在高纯氩气保护下机械合金化，热等静压或热压烧结致密化成型，制备氧化物弥散强化低活性马氏体钢ODS-CLAM钢。

中国专利CN102277525A公布的氧化物弥散强化型不锈钢粉末制备方法及不锈钢，采用真空感应熔炼炉炼制母合金并氩气雾化得到Fe-Cr-W-Si-Zr-Ti-Y预合金粉末，然后将此粉末与Y₂O₃置于球磨机内机械合金化，其后进行真空热压烧结制备氧化物弥散强化型不锈钢。该专利提到了一种制备钢粉的一种方法。

不管采用何种工艺制备钢粉，都需要先冶炼该钢种，然后将其制备成一定粒度的粉末，不难想象，需要消耗大量的人力物力，且处理能力很低，很难满足工业化生产的需求，目前均处于实验室研究阶段。

在钢铁冶炼过程中添加第二相粒子的新思路具有一定的现实意义。

中国专利CN101302572A公布的用于制备细小氧化物弥散钢的添加剂及其制法和应用，其添加剂是由球芯和外壳构成0.25～22mm复合球体，外壳由氧化钙或氧化镁的一种或两种的混合物，该类化合物熔点较高很难在钢液中熔化，且有烧结固化的可能，即使少熔化，粒度1nm～3.5mm芯部原料在钢液中也是有害的(钢中一般认为小于10μm的夹杂物为无害夹杂物)。

中国专利CN103243194A公布的一种向钢液中加入纳米粒子以优化钢组织的方法，将纳米粉体与纯铁粉采用人工手动磨粉或机械球磨进行混合分散，其后将混合料在惰性气体气氛下，利用热压技术烧结成纳米粉体棒，通过机械液压装置加入到钢液中。中国专利CN101875112A公布的微米纳米冶金添加剂，将微米粉、纳米粉和金属粉经球磨混匀，母材金属粉作为粘结剂，压制成块。该类专利采用纯铁粉或母材金属粉作为载体可一定程度提高粉末的收得率，但是均采用球磨的方式进行混匀分散，分散效果较差，且由于“粉末冶金”成型工艺不可避免的会造成制品中含有大量的氧、氮等杂质，该类添加剂加入钢液中很容易造成钢液氧含量增高，污染钢液。