[发明专利]一种稀土钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种稀土钢及其制备方法，以质量百分数计，所述稀土钢的组分包括：C：0.01％～0.05％、Si：0.15％～0.3％、Mn：0.4％～0.5％、Cr：8％～10％、W：2％～2.5％、V：0.2％～0.25％、Ta：0.05％～0.1％、Zr：0.001％～0.01％、Y₂O₃：0.3％～0.6％、其余为Fe；制备时，将Cr、W、Ta、Fe、Si、Mn和Y熔炼成金属母液，然后向合金母液中通入作为氧化剂的CO₂和Ar的混合气体，将Y氧化为Y₂O₃，然后加入Zr、合V及C，熔清后浇铸；将铸锭在保护气氛下进行电渣重熔，进行纯净化；将净化的钢锭进行奥氏体化，随后将钢锭压力加工为钢板，压力加工后进行水冷；对压力加工得到的钢板进行热处理，使钢板中析出钇纳米析出相，得到所述稀土钢。本发明能够通过熔炼、铸造的方式生产RAFM钢，能够提高RAFM钢的产量，同时提高RAFM钢的高温力学性能。

技术领域

本发明属于钢铁冶金金属领域，具体涉及一种稀土钢及其制备方法。

背景技术

低活化铁素体/马氏体钢(Reduced Activation Ferritic/Martensitic，RAFM)具有低活化、低的辐照肿胀率、优良的力学性能、热物理性能以及成熟的技术基础等优点，被认为是核聚变堆包层结构材料的首选结构。RAFM钢的设计工作温度区间为325～550℃，目前已无法满足CFETR二期及未来核聚变堆的要求。为了RAFM钢的高温力学性能，通过氧化物弥散强化技术技术(ODS-Oxide Dispersion Strengthened)向钢中引入高熔点稀土氧化物弥散相(Y₂O₃)制备ODS-RAFM钢成为了一种很好的解决手段。Y₂O₃氧化物的熔点为2417℃，其具有良好的热稳定性，而且不与钢基体发生化学反应。细小的纳米颗粒均匀的分散在基体及晶界处，可以阻碍晶粒长大，起到很好的细化晶粒的效果，同时可以在其它强化方式失效的高温条件下，对位错进行钉扎。在辐照条件下，弥散分布的Y₂O₃颗粒还可以吸纳辐照造成的空位及嬗变产生的He原子，降低钢中的缺陷浓度，提高钢的抗辐照性能。目前，ODS钢的主要制备方法为粉末冶金工艺(Powder metallurgy，PM)，但PM-ODS钢制备技术存在工艺复杂且效率低、粉末极易被氧化和污染、经济性差和产品重现性差等缺点。一座核聚变示范堆大约需要使用3500吨的低活化材料，由于缺乏大型的生产装备，粉末冶金工艺很难生产出如此规模的ODS-RAFM钢，该缺点也成为ODS钢的致命缺陷。目前相关学者已将目光转向了工业基础雄厚的熔炼工艺，探索采用熔炼法制备ODS-RAFM钢。欧洲能源研究联盟依托于“核材料联合计划”平台成立了“ODS钢的替代制备工艺”项目。我国在“第四届核聚变堆材料Forum”上提出的《中国磁约束聚变堆材料发展路线图》草稿也将可铸造ODS-RAFM钢(CastableODS-RAFM)列为聚变堆结构材料候选材料的重点发展材料，并制定了2020～2040发展规划。现急需一种可铸造的ODS-RAFM钢制备工艺，以提高RAFM钢的高温力学性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种稀土钢及其制备方法，本发明能够通过熔炼、铸造的方式生产RAFM钢，能够提高RAFM钢的产量，同时提高RAFM钢的高温力学性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种稀土钢的制备方法，以质量百分数计，所述稀土钢的组分包括：

C：0.01％～0.05％、Si：0.15％～0.3％、Mn：0.4％～0.5％、Cr：8％～10％、W：2％～2.5％、V：0.2％～0.25％、Ta：0.05％～0.1％、Zr：0.001％～0.01％、Y₂O₃：0.3％～0.6％、其余为Fe；

所述稀土钢的制备方法包括如下过程：