[发明专利]一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法

说明书

本发明提供的含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y₂O₃、0.3～1％的Zr和余量的Fe。本发明利用Zr元素与Y、O结合形成更加细小弥散的Y‑Zr‑O纳米团簇，有效抑制Y‑Al‑O粗大颗粒的形成，为Al元素耐腐蚀作用的发挥提供有利条件；另外，细小弥散的Y‑Zr‑O纳米团簇的形成，更为有效地钉扎位错和阻碍晶界移动，进而提高ODS钢的强度，使ODS钢在保持良好耐蚀性的基础上，还具有优异的机械强度。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法。

背景技术

氧化物弥散强化钢(Oxidation Dispersion Strengthened，以下简称ODS钢)的基体中存在一定数量的纳米氧化物颗粒，在服役过程中能够通过弥散强化的作用阻碍位错运动及晶粒的长大，相对传统的耐热钢，ODS钢具有良好的高温性能和抗辐射损伤性能。因而，ODS钢被选作为第四代核裂变反应堆候选结构材料之一。

ODS钢制备过程中，多会添加一些助剂，提升钢的综合性能，如Al元素能形成致密的氧化铝(Al₂O₃)保护膜，显著提高ODS耐腐蚀和抗氧化性能；氧化钇(Y₂O₃)作为ODS钢的另一种添加剂，则能提高ODS钢的热稳定性和化学稳定性。然而，在实际生产中，Al元素在烧结过程中容易形成AlN、Al₂O₃等中间相，尤其是Al₂O₃极易和Y₂O₃结合形成粗大的Y-Al-O颗粒，与ODS钢基体不存在共格关系，严重影响了ODS钢的力学性能，添加Al的ODS钢的屈服强度远低于不添加Al元素的ODS钢的力学性能，如PM2000和MA956均为添加Al元素的ODS钢，室温屈服强度分别为869MPa和550MPa，显著低于不添加铝的ODS钢MA957的屈服强度1390MPa。如何避免粗大的Y-Al-O颗粒对ODS钢的不利影响，在不降低ODS钢强度性能的基础上，提高ODS钢的耐腐蚀性，成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法，本发明提供的ODS钢不仅具有较高的强度，还具有较好的耐腐蚀性能。

为实现以上目的，本发明提供了一种含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y₂O₃、0.3～1％的Zr和余量的Fe。

优选地，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y₂O₃、0.6～0.9％的Zr和余量的Fe。

本发明还提供了一种含铝铁素体ODS钢的制备方法，包括如下步骤：

将Fe-Cr-Al-W预合金粉、Y₂O₃和Zr混合，在无氧条件下进行球磨，得到预烧结料；

将所述预烧结料在无氧条件下进行热等静压烧结，冷却后得到含铝铁素体ODS钢。

优选地，所述Fe-Cr-Al-W预合金粉的组分包括：14～16wt％的Cr、1～6wt％的Al、1～3wt％的W和余量的Fe。

优选地，所述以Zr粉的形式提供，所述Zr粉的平均粒径为8～12μm。

优选地，所述Y₂O₃以Y₂O₃粉的形式提供，所述Y₂O₃粉的平均粒径为25～40nm。