[发明专利]一种高强韧ODS钢的高通量制备与成分工艺优选方法

说明书

本发明公开一种高强韧ODS钢的高通量制备与成分工艺优选方法，包括以下步骤：S1：通过机器学习方法对现有的高通量成分进行筛选，确定出基体合金成分的优选范围；S2：在优选范围内选择需要制备样品的成分，通过雾化制粉法制备基体合金成分的预合金粉末；S3：将制备得到的预合金粉末与Y₂O₃粉末通过高能球磨机混合均匀制得球磨粉末；S4：对制备得到的球磨粉末进行包套抽气制备得到粉坯；S5：重复步骤S2‑S4，选取不同成分进行制备，并制得不同成分下的ODS钢粉末包套样品；S6：将不同成分ODS钢粉末包套样品进行热等静压同步烧结，制得不同成分下的坯料；S7：将坯料样品切割成楔形板材，对楔形板材经过高温保温处理后进行单道次平轧，制备厚度相同的轧制板材。

技术领域

本发明涉及高通量钢制备与工艺优选领域，具体而言，涉及一种高强韧ODS钢的高通量制备与成分工艺优选方法。

背景技术

我国正在积极发展第四代裂变堆、加速器驱动次临界系统(ADS)、聚变堆等先进核能系统。这些先进核能系统的发展目标是在保证运行安全的基础上进一步提高热效率，因而对堆内关键结构材料和元件在高温、辐照、腐蚀、应力耦合的极端服役条件下的结构和性能的稳定性提出了巨大的挑战。氧化物弥散增强(ODS)钢是一种晶粒内部具有高密度氧化物弥散相的新型核结构材料。这些弥散相自身具有优异的高温稳定性，在高温环境下不会与基体组织发生反应，能有效钉扎晶界和位错，抑制晶粒在高温下异常长大，提高材料的高温稳定性和高温力学性能。ODS钢优异的性能来源于两个主要方面：一方面，弥散、细小的纳米级析出相具有高的热稳定性，有利于提高高温蠕变强度，提升最高服役温度，带来更好的经济效应。另一方面，通过捕获辐照缺陷，起到“陷阱”作用，增强抗中子辐照的能力。因此，在高强度中子辐照、高浓度氦以及核反应堆冷却液环境中ODS钢表现出的优异综合性能，使其成为核反应堆包壳及聚变堆结构包层最有希望获得应用的一类候选材料。大量的研究表明，成分调控及优化制备工艺是获得性能优异的ODS钢的两个最简单且有效的方法。

随着ODS钢的发展，其他微量元素开始添加至ODS钢中。其中，Y2O3颗粒是一种惰性稀土氧化物，其物理化学性质稳定，具有较大的中子吸收截面；即使在高温、长时、应力环境下服役，仍然能够稳定钉扎位错运动，提高材料的高温组织热稳定性。同时，添加一定量的Cr会使纳米析出相的尺寸进一步减小，缩小粒度分布。但Cr的添加量并不是越多越好，一般Cr的质量分数为9％～16％，含量太少达不到要求的耐蚀性，含量过多会造成材料的老化、脆化。Al的添加会因形成致密的表面氧化层(Al2O3)而大大提高材料的耐蚀能力但会导致强度的下降。Ti的添加可以促进ODS钢热固化成型和后续热处理中纳米氧化物的析出。ODS钢中的C容易形成大量M23C6碳化物从而导致蠕变失效以及韧脆转变温度(DBTT)急剧上升。W、Mo元素是在高温时效过程中形成Laves相(Fe2W、Fe2Mo)的主要元素，过高的W、Mo元素含量，会增大Laves相析出的驱动力，在辅以辐照的条件下，粗化速度极大，不仅降低W、Mo元素的固溶强化效果，粗化的Laves相还会诱发蠕变断裂、致使DBTT上升。因此，如何调控ODS钢中的微量元素以实现其性能的最优解仍是一关键研究问题。