本發(fā)明涉及氧化物彌散強(qiáng)化鋼制備，具體為一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、為滿足全球?qū)沙掷m(xù)能源日益增長(zhǎng)的需求、降低對(duì)化石燃料的依賴性同時(shí)保持經(jīng)濟(jì)效益及能源系統(tǒng)可靠性，世界各國開始關(guān)注先進(jìn)裂變能體系，新型清潔能源的需求也加快了聚變能的相關(guān)研究。低活化馬氏體鋼因其具有較低輻照腫脹和熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率以及較好耐液態(tài)金屬腐蝕能力，已成為快中子堆和聚變堆的主要備選結(jié)構(gòu)材料。但是，該類材料仍存在高溫強(qiáng)度不足、服役溫度低、氦脆等問題。

2、為了解決這些問題，通過在馬氏體或鐵素體基體中引入彌散分布的高熱穩(wěn)定氧化物納米顆粒來實(shí)現(xiàn)對(duì)位錯(cuò)和晶界的有效釘扎，進(jìn)而大幅提高材料高溫抗蠕變強(qiáng)度和抗輻照性能。這種材料被稱為高性能氧化物彌散強(qiáng)化(oxide?dispersion?strengthened，ods)鋼，特別是當(dāng)應(yīng)用于馬氏體或鐵素體基體時(shí)，稱為ods馬氏體鋼或ods鐵素體鋼，它對(duì)于未來核能的安全高效利用具有重要意義。

3、現(xiàn)有的熱處理工藝制備所得的ods鋼中氧化物納米顆粒通常在ods鋼的基體中隨機(jī)分布。盡管在低碳微合金高強(qiáng)鋼中已實(shí)現(xiàn)了碳化物的有序分布，但由于碳化物與氧化物在熱穩(wěn)定性和鋼中固溶度方面存在差異，低碳微合金高強(qiáng)鋼中實(shí)現(xiàn)碳化物有序分布的成分設(shè)計(jì)原則及制備工藝并不適用于ods鋼。

4、鑒于此，本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼及其制備方法，以改善ods鋼的力學(xué)性能并提供新的技術(shù)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決通過現(xiàn)有的熱處理工藝制備所得的ods鋼的微觀組織特征單一、氧化物納米顆粒無法實(shí)現(xiàn)有序分布的問題，提供了一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼及其制備方法。

2、本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：以cr、mn、fe為主要原料配制預(yù)合金化粉末，且預(yù)合金化粉末的主要原料的質(zhì)量百分比為cr：8％～10％、mn：2％～3％，余量為fe，將預(yù)合金化粉末與y2o3納米顆粒在球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨，并采用氬氣保護(hù)，得到球磨后的混合粉末，其中，y2o3納米顆粒占球磨后的混合粉末的質(zhì)量百分比為0.35％～0.5％；

5、s2：將球磨后的混合粉末裝入不銹鋼包套中，在450℃的溫度下對(duì)不銹鋼包套中的混合粉末進(jìn)行脫氣，直到不銹鋼包套的真空度達(dá)到0.002pa；

6、s3：將真空度達(dá)到0.002pa的不銹鋼包套封焊，放入熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行固化成型，加熱速率為5℃～10℃/min，成型溫度為1150℃，保溫時(shí)間為3h，成型壓力為150mpa，隨爐冷卻至室溫后，得到氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼。

7、進(jìn)一步地，所述預(yù)合金化粉末的原料還包括ti，且其質(zhì)量百分比為0.05％～0.2％。

8、進(jìn)一步地，在球磨機(jī)中球料比為10:1。

9、進(jìn)一步地，在球磨機(jī)中球磨轉(zhuǎn)速為250r/min。

10、進(jìn)一步地，在球磨機(jī)中球磨時(shí)間為30h。

11、一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼，該ods鋼是基于上述的一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法獲得的。

12、本發(fā)明的關(guān)鍵在于預(yù)合金化粉末的原料組成設(shè)計(jì)、熱等靜壓的工藝參數(shù)。預(yù)合金化粉末的主要原料及質(zhì)量百分比為cr：8％～10％、mn：2％～3％，余量為fe，決定了球磨且脫氣后的混合粉末會(huì)在熱等靜壓成型過程中，通過高溫加熱過程發(fā)生奧氏體相變，通過冷卻過程發(fā)生鐵素體相變及馬氏體相變；不同于以往的ods鋼合金成分，本發(fā)明中將mn含量提升至了2％～3％，對(duì)相變過程中相界面的移動(dòng)速率產(chǎn)生重要影響。預(yù)合金化粉末的原料組成設(shè)計(jì)決定了熱等靜壓成型過程中能否發(fā)生奧氏體相變及奧氏體相變發(fā)生的快慢，而熱等靜壓成型過程中的加熱速率決定了加熱過程中在奧氏體-鐵素體兩相區(qū)停留時(shí)間的長(zhǎng)短，影響著奧氏體相變的快慢。奧氏體相變?cè)铰?，奧氏體/鐵素體界面遷移速率越低，越有利于界面前沿氧化物納米顆粒的溶解，溶解的釔原子和氧原子在移動(dòng)界面上偏聚，當(dāng)溶解的釔原子和氧原子達(dá)到飽和時(shí)，以氧化物納米顆粒的形式重新析出，形成氧化物納米顆粒的有序分布。

13、本發(fā)明通過前期對(duì)ods鋼進(jìn)行一定的原料組成設(shè)計(jì)和制備工藝調(diào)整，即可獲得氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼，成本較低，工藝簡(jiǎn)單，目的性強(qiáng)，為調(diào)控ods鋼中氧化物納米顆粒分布狀態(tài)提供了新的技術(shù)手段，對(duì)進(jìn)一步改善ods鋼的高溫強(qiáng)度和抗輻照性能具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法，其特征在于：步驟s1中：所述預(yù)合金化粉末的原料還包括ti，且其質(zhì)量百分比為0.05％～0.2％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法，其特征在于：步驟s1中：在球磨機(jī)中球料比為10:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法，其特征在于：步驟s1中：在球磨機(jī)中球磨轉(zhuǎn)速為250r/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法，其特征在于：步驟s1中：在球磨機(jī)中球磨時(shí)間為30h。

6.一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼，該ods鋼是基于如權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的一種氧化物納米顆粒有序分布的ods鋼的制備方法獲得的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及氧化物彌散強(qiáng)化鋼制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種氧化物納米顆粒有序分布的ODS鋼及其制備方法，制備方法包括以下步驟：以Cr、Mn、Fe為主要原料配制預(yù)合金化粉末，將預(yù)合金化粉末與Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;納米顆粒在球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械球磨，得到球磨后的混合粉末，將球磨后的混合粉末裝入不銹鋼包套中，對(duì)不銹鋼包套中的混合粉末進(jìn)行脫氣，將不銹鋼包套封焊，放入熱等靜壓設(shè)備中進(jìn)行固化成型，隨爐冷卻至室溫后，得到氧化物納米顆粒有序分布的ODS鋼；解決了通過現(xiàn)有的熱處理工藝制備所得的ODS鋼的微觀組織特征單一、氧化物納米顆粒無法實(shí)現(xiàn)有序分布的問題，為研發(fā)高性能、低成本ODS鋼提供了新的技術(shù)路線。

技術(shù)研發(fā)人員：周曉勝,李國棟,原梅妮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10