[发明专利]一种多尺度稀土氧化物强化低活化钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种多尺度稀土氧化物强化低活化钢及其制备方法，将含有稀土氧化物的粉末进行放电等离子烧结；对成型体进行回火处理；其中，所述含有稀土氧化物的粉末为微米稀土氧化物粉末与固溶体A经球磨混合得到；所述固溶体A为亚微米稀土氧化物和固溶体B经球磨固溶得到；所述固溶体B为纳米稀土氧化物和低活化钢粉经球磨固溶得到；稀土氧化物为Y₂O₃、Ce₂O₃和La₂O₃中的一种或几种。本发明向钢中引入不同尺寸的多种粒子对低活化钢进行了强化，通过放电等离子烧结成型使多尺度粒子均匀分布于低活化钢基体中，最后通过热处理工艺调整基体组织使针状铁素体以微米和亚微米粒子为核心形核进一步细化低活化钢组织，显著提高低活化钢的强度和韧性。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种多尺度稀土氧化物强化低活化钢及其制备方法。

背景技术

氧化物弥散强化铁基材料由于优异的力学性能、高温抗蠕变性能被广泛应用于核电领域领域。均匀分散在基体中的氧化物粒子可对位错进行钉扎起到弥散强化的效果，从而强化材料提高材料的力学性能。自1987年日本首次将氧化物弥散强化钢应用于先进快堆包壳材料以来，相关科研人员相继向合金中加入SiO₂、Al₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO₂及Y₂O₃等高熔点氧化物来提高合金的力学性能。结果表明，像合金中添加稀土氧化物除了可以有效阻碍位错运动提高合金的力学性能，还可以有效吸纳辐照产生的空位及核聚变堆内嬗变产生的氦，提高合金的抗辐照性能。为了充分发挥弥散强化的作用，需要向钢中引入足够多的纳米级稀土氧化物，目前普遍的加入量为0.3％～1％。引入氧化物后，钢的强度得到显著提升，然后钢的纯净度(氧含量)发生显著的降低，钢中全氧质量分数高达600ppm～1000ppm，降低了钢的抗氧化能力和冲击性能，尤其钢的韧脆转变温度已高于-20℃。现亟需在钢中引入其他强化机制，降低氧化物的引入量，改善合金的抗氧化性和冲击性能及降低韧脆转变温度。

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多尺度稀土氧化物强化低活化钢及其制备方法，本发明向钢中引入不同尺寸的多种粒子对低活化钢进行了强化，通过放电等离子烧结成型使多尺度粒子均匀分布于低活化钢基体中，最后通过热处理工艺调整基体组织使针状铁素体以微米和亚微米粒子为核心形核进一步细化低活化钢组织，本发明能够降低氧化物的引入量，改善低活化钢的抗氧化性和冲击性能及降低韧脆转变温度。

本发明采用的技术方案如下：

一种多尺度稀土氧化物强化低活化钢的制备方法，包括如下过程：

将含有稀土氧化物的粉末进行放电等离子烧结，得到成型体；

对所述成型体进行回火处理，得到所述多尺度稀土氧化物强化低活化钢；

其中，所述含有稀土氧化物的粉末为微米稀土氧化物粉末与固溶体A经球磨混合得到；

所述固溶体A为亚微米稀土氧化物和固溶体B经球磨固溶得到；

所述固溶体B为纳米稀土氧化物和低活化钢粉经球磨固溶得到；

稀土氧化物为Y₂O₃、Ce₂O₃和La₂O₃中的一种或几种按任意比例的混合物。

优选的，制备固溶体B的过程包括：

将纳米稀土氧化物和低活化钢粉按钢成分混合并进行高速球磨固溶，高速球磨固溶过程中，球料比为(15～20):1，球磨转速为550～600转/min，球磨时间为35～40h，球磨过程采用氩气保护。