[发明专利]一种以前驱粉诱导形核通过薄带连铸工艺制备氧化物弥散强化钢的方法

说明书

本发明公开了一种以前驱粉诱导形核通过薄带连铸工艺制备氧化物弥散强化钢的方法，包括以下步骤：(1)得到过饱和的氧化物弥散合金粉；(2)冶炼出钢液；(3)将中间包中的钢液注入熔池中，通过氩气将过饱和的氧化物弥散合金粉喷入熔池内钢液中，钢液通过两个结晶辊形成铸带胚；(4)铸带胚出辊后，在气氛保护下，以30～150℃/s的速率进行快速冷却。本发明以过饱和的氧化物弥散合金粉作为前驱粉来诱导快速形核，并通过短流程薄带连铸技术制备纳米氧化物弥散强化钢，避免合金粉在熔炼炉中需要长时搅拌带来的氧化物分布不均匀与粗大问题，从而实现纳米氧化物弥散强化钢的规模制备，并能够保证材料具有较佳的韧性。

技术领域

本发明涉及特种材料制备技术领域，具体地说涉及一种以前驱粉诱导形核通过薄带连铸工艺制备氧化物弥散强化钢的方法。

背景技术

氧化物弥散强化钢是一类高强度、抗辐照、耐腐蚀的新型特种钢，其主要应用领域为核反应堆堆内结构材料，也可作为航空、航天发动机的高强耐热部件。氧化物弥散强化钢的主要特征为纳米氧化物(1～100nm)均匀弥散分布于钢材基体中，均匀分布的氧化物弥散相不仅可以钉扎位错和晶界显著提高钢的高温机械性能，还可以吸收辐照产生的点缺陷，明显提高钢的抗辐照肿胀能力。氧化物弥散强化钢的制备难点在于如何将纳米氧化物均匀弥散分布于钢基体中。

熔炼法成为实现氧化物弥散强化钢规模化高效制备的有效途径。如专利号为CN107541666B，名称为一种氧化物弥散强化钢的制备方法的中国专利通过将机械合金化制备的氧饱和合金粉加入到钢液中，利用所述合金粉体与钢液密度相近的特点实现均匀混合，并通过快速冷却实现高数密度纳米氧化物的均匀混合。这种方法是通过将氧化物与熔炼炉中的钢液进行搅拌混合，为了实现氧化物合金粉在钢液中分散均匀，搅拌时间随着ODS钢制备规模的增加而加长，工业规模制备时容易出现氧化物分布不均匀且尺寸过于粗大的问题，并导致材料韧性降低。

发明内容

针对现有氧化物弥散强化钢制备中存在的材料韧性降低、产量低、成本高、组织不稳定、难以实现工业规模制备的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种以前驱粉诱导形核通过薄带连铸工艺制备氧化物弥散强化钢的方法，以实现过饱和的氧化物弥散合金粉在钢液中的快速均匀分散，并以该过饱和的氧化物弥散合金粉作为诱导纳米氧化物形核的前驱粉来诱导快速形核，并经过结晶辊轧制和快速凝固实现氧的固相固溶和纳米氧化物的高数密度弥散析出。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种以前驱粉诱导形核通过薄带连铸工艺制备氧化物弥散强化钢的方法，包括以下步骤：

(1)在气氛保护下，将Fe、Cr、Ti和氧化物粉体加入到球磨机中进行机械合金化，得到过饱和的氧化物弥散合金粉，该过饱和的氧化物弥散合金粉即作为诱导纳米氧化物形核的前驱粉；

(2)冶炼出钢液，将中间包预热到1250～1300℃，随后将钢液浇入中间包中，并控制中间包中钢液过热度为20～40℃；

(3)将中间包中的钢液注入两个逆向旋转的结晶辊与两个侧封板围成的熔池中，并控制熔池内钢液过热度为10～20℃，通过氩气将过饱和的氧化物弥散合金粉喷入熔池内钢液中，并同时对熔池内钢液施加超声搅拌，钢液通过两个结晶辊形成铸带坯；

(4)铸带坯出辊后，在气氛保护下，以30～150℃/s的速率进行快速冷却。

进一步地，步骤(1)中，氧化物为Y₂O₃、SiO₂、ZrO₂、HfO₂、La₂O₃、CeO₂、TiO₂、 CaO中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。