[发明专利]一种细化氧化物弥散强化马氏体钢中残余铁素体的方法

说明书

本发明涉及一种细化氧化物弥散强化马氏体钢中残余铁素体尺寸的方法，将烧结态9Cr‑ODS马氏体钢在800℃退火1～5h，使得烧结态9Cr‑ODS马氏体钢中的Y₂O₃充分析出，同时产生碳化物；得到退火态的9Cr‑ODS马氏体钢；将退火态的9Cr‑ODS马氏体钢以10℃/min升温至1100℃，保温0～5min，随后以30～1000℃/min的速率冷却至室温。本发明的退火保证Y和O原子以更为细小和弥散的Y₂O₃形式完全析出，烧结态9Cr‑ODS钢中存储的应变能全部释放；对奥氏体晶界的钉扎作用更强；得到细小的残余铁素体晶粒，10℃/min的慢加热速率可以促进加热过程中碳化物的溶解，促进奥氏体相变，进一步细化残余铁素体尺寸,工艺简单，目的性强，对进一步提高ODS‑马氏体钢的高温强度具有重要意义。

技术领域

本发明属于氧化物弥散强化马氏体钢制备技术领域，涉及一种细化氧化物弥散强化马氏体钢中残余铁素体的热处理工艺。

背景技术

核反应堆芯部异常严苛的服役环境要求结构材料能够经受高温、高压、冷却剂的化学腐蚀以及强的辐照流。铁素体/马氏体耐热钢被认为是先进裂变堆燃料包套管及未来核聚变堆包层结构候选材料。高热强性氧化物弥散强化(ODS)铁素体/马氏体钢已在欧洲、美国、日本和俄罗斯发展十余年。添加的氧化物有Ti₂O₃和Y₂O₃。ODS钢的商业化制备涉及快速凝固合金粉末和超细氧化物粉末的机械合金化，以及随后的热挤压或热等静压成型。氧化物添加物的主要作用是减缓冷成型或热加工后材料的再结晶过程。弥散分布的细小Y₂O₃(和Y-Ti-O)氧化物可阻碍位错运动，提高高温强度，同时可作为缺陷阱捕获由辐照位移诱发的点缺陷，降低辐照肿胀。

根据铬含量和碳含量的不同，ODS钢的基体主要有9％Cr系马氏体钢和12～22％Cr系铁素体钢，其主要区别在于加热过程中是否能够发生(完全)奥氏体相变。对于相变型ODS钢，在其制备过程中添加的Y₂O₃会对铁素体向奥氏体相变过程中产生的奥氏体晶界起到钉扎作用，阻碍奥氏体晶界的移动，从而使得铁素体向奥氏体的转变受阻，形成一定量的残余铁素体。烧结粉末中过量氧的浓度和Ti、Al合金元素的含量对氧化物弥散强化马氏体钢中残余铁素体的生成有重要影响。研究表明，马氏体—残余铁素体相界面的位相差较大，这些大角度晶界能够阻止裂纹扩展。残余铁素体和马氏体这种软硬组织的搭配更能有效地缓解应力集中和抑制应变，从而提高钢材的抗蠕变性能。随着残余铁素体含量的增多，9Cr-ODS钢在700℃的蠕变强度提高，但是钢的延展性降低。细晶强化机制是一种可以同时提高钢强度和塑性的强化机制，若能细化残余铁素体尺寸，则可以同时提高9Cr-ODS钢的蠕变强度和塑性。然而目前对残余铁素体的含量控制主要基于9Cr-ODS钢的合金成分控制，对残余铁素体尺寸控制的研究尚未见诸报道。申请人前期通过控制9Cr-ODS钢的制备及后续热处理工艺，实现了对残余铁素体含量的控制。但是，得到的残余铁素体的尺寸较大。如何通过新的热处理工艺细化残余铁素体尺寸，对同时提高9Cr-ODS钢的高温强度和塑性具有重要意义。

发明内容

本发明通过中间退火工艺，使得放电等离子烧结态的氧化物弥散强化马氏体钢中充分析出氧化物和碳化物，利用氧化物对晶界的钉扎作用细化原奥氏体晶粒和残余铁素体晶粒，利用慢加热速率下碳化物的充分溶解，促进奥氏体相变，进一步实现细化残余铁素体尺寸的目的。

具体技术方案如下：

一种细化氧化物弥散强化马氏体钢中残余铁素体尺寸的方法，其步骤如下：