[发明专利]一种高密度氧化物弥散强化钢的制备方法

说明书

本发明公开了一种高密度氧化物弥散强化钢的制备方法，属于金属材料制备领域。其步骤如下：一、将钢基体置于容器中熔炼成钢液，待钢基体完全熔化后，向钢液中加入氧载体颗粒继续熔炼，使氧载体颗粒与钢液混合，冷却得到料锭；二、将钢基体置于容器中熔炼成钢液，待钢基体完全熔化后，向钢液中加入稀土元素，形成含稀土元素的钢液；三、将料锭加入含稀土元素的钢液中进行熔炼，使料锭溶解，料锭中的氧载体颗粒发生部分溶解，得到熔体，熔体冷却得到铸坯；四、对铸坯进行轧制和热处理，得到ODS钢。本发明能够制备出具备极高密度的纳米稀土氧化物的ODS钢，制备出的ODS钢的性能大大提升。

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，更具体地说，涉及一种高密度氧化物弥散强化钢的制备方法。

背景技术

氧化物弥散强化钢，简称ODS钢，是一种具有优异的高温蠕变性能和抗辐照性能的金属材料。ODS钢中存在大量弥散分布的氧化物强化相，其通过大量纳米尺寸的氧化物弥散强化相钉扎基体中的位错和晶界来阻碍位错的滑移，从而起到强化的作用。另外，这些强化相具有优异的高温稳定性，可以在大量的离子及中子辐照环境下长期保持较高的性能。因此，鉴于其优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能，ODS钢成为了第四代核反应堆和聚变堆第一壁的理想包壳材料。

目前已报道的ODS钢主要通过粉末冶金的方法制备。其首先将纳米尺寸的强化相(一般为Y₂O₃)粉末加入到合金粉末中，在球磨机中进行机械合金化球磨处理，使Y₂O₃固溶到合金基体中。接着随着球磨的进行，合金粉末逐渐发生团聚，团聚的粉末颗粒随球磨时间的延长而逐渐细化并转变为尺寸约十几微米的等轴晶粒，此时合金粉末之间达到了冷焊-断裂的动态平衡。最后，球磨后的合金粉体需要通过热挤压或热等静压方法进行热固化成型。然而，传统机械合金化的方法存在一些缺点，如球磨时间过长，生产效率低，容易引入杂质，预合金粉末在较长时间的球磨下会发生一定程度的氧化，并且所添加的元素含量也存在一定的限制。

因此，由于纳米结构ODS钢常规的制备工艺需要长时间的机械合金化来实现合金元素在Fe基体中的充分固溶，导致钢的生产效率低、生产成本髙，同时不可避免地会受到来自外界气氛和球磨介质的污染，使得制备的纳米结构ODS钢的纳米稀土氧化物数密度低，性能下降。

如中国专利申请号为：CN201610711659.7，公开日为：2017年12月12日的专利文献，公开了一种氧化物弥散强化ODS高熵合金及其制备方法，属于金属结构材料领域。该发明将一定成分配比的纯金属粉末和一定含量的氧化物颗粒混合后通过机械合金化方法制备ODS高熵合金粉末；然后利用放电等离子烧结(SPS)的方法获得最终的ODS高熵合金。制备得到的ODS高熵合金主要由固溶体相(95％以上)及少量均匀弥散分布的纳米氧化物颗粒组成；并具有优异的综合力学性能及良好的热稳定性，其中由面心立方结构(FCC)+体心立方结构(BCC)固溶体相组成的FeCoNiCrAl基ODS高熵合金的抗压强度超过3500MPa，压缩应变可达10％。该方案即是采用机械合金化方法制备ODS合金粉末，因此其制备的合金粉末会存在上述内容中提到的问题。

中国专利申请号为：CN201510808687.6，公开日为：2016年1月27日的专利文献，公开了一种氧化物弥散强化钢的制备方法及一种马氏体钢，所述制备方法在铸模中加入铁的氧化物，向充分脱氧后的钢液中加入适量稀土元素并快速浇铸到铸模中，通过稀土元素与铁的氧化物反应得到氧化物弥散强化钢(ODS钢)；一种马氏体钢，由上述方法制得的ODS钢热锻、热轧、热加工和热处理所得，本发明制备的ODS钢淬透性高，残余奥氏体含量很低，可以得到全马氏体组织。该方案采用熔炼工艺进行ODS钢的制备，但是，其直接将含稀土元素的钢液与氧化铁进行反应，虽然可以制备出性能较佳的ODS钢，但是ODS钢中的纳米稀土氧化物的密度相较于常规的ODS钢并没有明显提升，导致该ODS钢仍然达不到理想的使用要求。

发明内容

1、要解决的问题