[发明专利]一种高强度12Cr钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强度12Cr钢及其制备方法。先用放电等离子烧结方法制备出成分Fe‑12Cr‑1Mo‑1.1W‑1Mn‑0.2V‑0.15Ta‑0.03Ti‑0.1C‑0.07N‑0.15Si‑0.4Y₂O₃的样品，再将样品进行热轧，轧制前保温时间为30‑60min，保温温度为1100℃‑1200℃。轧制速度为100m/s‑200m/s，变形量为75%‑90%。将轧制后的样品在1000‑1200℃下进行30‑60min的退火处理，即可得到晶粒尺寸为50nm‑200μm的组织，硬度最高可达到565HV。

技术领域

能源是人类生存和发展的物质基础，随着国民经济的发展和人民生活水平的较快提高，人类对能源的需求量越来越大。现在大多数专家认为，核能是目前唯一现实的、可大规模代替化石燃料的能源。而在核电发展的近几十年里，快堆燃料包壳材料先后出现了多种不同候选材料。如：奥氏体不锈钢（304和316型不锈钢）、Zr合金、ODS钢和铁素体/马氏体钢等。

氧化物弥散强化钢制备主要包括机械合金化、SPS烧结成型、热变形加工以及后续热处理等步骤。含Y的弥散氧化物具有较强的抗辐照分解能力，添加Y₂O₃的合金也具有更好的高温强度和抗氧化层剥落性能。这种弥散分布的氧化物颗粒可以阻碍位错运动，起到弥散强化的作用，提高合金的高温强度，其应用温度可达600℃。热轧能改善金属及合金的加工工艺性能,即将铸造状态的粗大晶粒破碎,显著裂纹愈合,减少或消除铸造缺陷,将铸态组织转变为变形组织,提高合金的加工性能。但是热轧后，材料内部会沿着轧制方向拉成薄片形成板条状结构，导致材料内部应变不均匀。而一定温度的热处理一般情况下会降低材料硬度，改善切削加工性；降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；均匀化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，提高材料的力学性能。

发明内容

本发明公开一种高强度12Cr 钢及其制备方法，利用放电等离子烧结技术制备出成分为Fe-12Cr-1Mo-1.1W-1Mn-0.2V-0.15Ta-0.03Ti-0.1C-0.07N-0.15Si-0.4Y₂O₃ 的样品。本发明通过适当的热变形及热处理工艺, 得到不同的12Cr 钢的微观组织及相应的材料强度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1）本发明使用高纯Fe粉、Cr粉、Mo粉、W粉、Mn粉、V粉、Ta粉、Ti粉、C粉、N粉、Si粉和Y粉为基体，按照合金成分Fe-12Cr-1Mo-1.1W-1Mn-0.2V-0.15Ta-0.03Ti-0.1C-0.07N-0.15Si-0.4Y₂O₃ (质量分数% )比例混合。混合后的金属粉末在行星式高能研磨机中通过球磨完成机械合金化过程。球磨后的合金粉末经SPS烧结成块体，烧结时间为5 min、烧结压力40MPa、烧结温度为1050 ℃并随炉冷却至室温。烧结能够使粉末颗粒之间发生粘结，增加烧结体的强度，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得较强的物理、机械性能的制品。

所述样品Fe-12Cr-1Mo-1.1W-1Mn-0.2V-0.15Ta-0.03Ti-0.1C-0.07N-0.15Si-0.4Y2O3 中

Fe、Cr、Mo、W、Mn、V、Ta、Ti、C、N、Si和Y2O3的质量比为1:12:1:1.1:1：0.2:0.15:0.03:0.1:0.07:0.15:0.4。

2)轧制前保温时间为30-60min，保温温度为1100℃-1200℃。从热处理炉中取出样品完成热轧，轧制速度为100m/s-200m/s，总变形量为75%-90%。热轧会将烧结态的粗大晶粒破碎，显著裂纹愈合，减少或消除烧结缺陷，将烧结态组织转变为变形组织并进一步细化晶粒，均匀材料尺寸分布。