一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第一壁包殼材料是未來聚變反應(yīng)堆的最重要的結(jié)構(gòu)部件之一，直接關(guān)系到反應(yīng)堆的設(shè)計壽命。金屬材料在核反應(yīng)輻照下會發(fā)生硬化和脆化效應(yīng)從而導(dǎo)致失效，現(xiàn)有材料均不滿足聚變堆的設(shè)計使用要求。目前學(xué)界普遍認為通過添加三氧化二釔彌散強化的低活化鐵素體/馬氏體鋼是最有希望應(yīng)用于聚變核反應(yīng)示范堆的首選材料。
[0003]目前，制造三氧化二釔彌散強化鋼最常用的方法是，將各合金元素粉末混合球磨，合金粉末承受多種力的作用從而實現(xiàn)固態(tài)下合金化效果，然后，再通過熱等靜壓或熱擠壓進行致密化燒結(jié)，但是，該生產(chǎn)過程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，尤其不利于生產(chǎn)大尺寸部件，而且，制備的鋼的力學(xué)性能和組織存在各向異性現(xiàn)象，因而，相對而言，鑄造生產(chǎn)鋼工藝和設(shè)備簡單，可生產(chǎn)各種尺寸和復(fù)雜形狀鑄件。
[0004]而現(xiàn)有的鑄造方法無法制備三氧化二釔彌散強化鋼，其原因在于:三氧化二釔熔點高，有很強的熱穩(wěn)定性，在鑄造溫度范圍內(nèi)不會發(fā)生分解或與其他金屬元素結(jié)合形成化合物；三氧化二釔密度小于鐵水，在鑄造過程中三氧化二釔浮在鐵水表面，彌散效果差；三氧化二釔粉末與鐵水潤濕性差，難以與鐵及其他元素產(chǎn)生合金化反應(yīng)，因而，在鑄造過程中，往鐵水中直接添加的三氧化二釔將以雜質(zhì)元素形式團聚在鋼樣表面，達不到強化效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，生成過程簡單，成本低，適合批量生產(chǎn)，制備的鋼的力學(xué)性能和組織各向同性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于，包括有以下步驟:
(1)首先將鐵粉、三氧化二釔粉均勻混合進行機械球磨，其中，三氧化二釔粉質(zhì)量占鐵粉、三氧化二釔粉混合粉質(zhì)量的百分比1-80% ;
(2)將球磨后的混合粉末壓制成塊；
(3)在還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、冷卻；
(4)在熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、S1、Nb、V、N、C、Mn以及燒結(jié)后的鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉，其中，各組分按質(zhì)量百分比為:Cr為8-9.5%，Mo為0.85-1.05%，Si為0.2-0.5%，Nb 為 0.06-0.1%，V 為 0.18-0.25%，N 為 0.03-0.07%，C 為 0.08-0.12%，Mn 為0.3-0.6%，鐵-三氧化二釔中間合金為0.2-0.5%，其余為Fe。
[0007]采用上述技術(shù)方案，通過鐵-三氧化二釔中間合金，使得其熔點比三氧化二釔低，在鑄造溫度范圍內(nèi)會發(fā)生分解、與其他金屬元素結(jié)合形成化合物；密度比三氧化二釔高，不會浮在鐵水表面，彌散效果好；潤濕性好，容易與鐵及其他元素產(chǎn)生合金化反應(yīng)，這種加工方法，生成過程簡單，能適合批量生產(chǎn)，而且，制備的鋼的力學(xué)性能和組織各向同性。
[0008]本發(fā)明的進一步設(shè)置:機械球磨時間為5-100小時，球磨介質(zhì)為乙醇。
[0009]采用上述進一步設(shè)置，可以使得Fe粉和三氧化二釔粉末充分混合，并發(fā)生原子間彡口口 ο
[0010]本發(fā)明的再進一步設(shè)置:步驟(2)中壓制采用等靜壓成型或模壓成型。
[0011]采用上述再進一步設(shè)置，制備成的塊狀中間合金，有利于后序鑄造熔煉時進行添加。
[0012]本發(fā)明的再更進一步設(shè)置:燒結(jié)溫度為700-1500°C，并保溫1_5小時。
[0013]采用上述再更進一步設(shè)置，可以使得壓制的中間合金緊密結(jié)合，粉末不脫落。
[0014]本發(fā)明的再更進一步設(shè)置:燒結(jié)溫度為1410°C，保溫時間為I小時。
[0015]采用上述再更進一步設(shè)置，可以使得燒結(jié)充分，結(jié)合力好。
[0016]本發(fā)明的再更進一步設(shè)置:步驟(3)中燒結(jié)采用的設(shè)備為保護氣氛管式爐，步驟
(4)中熔煉爐為真空感應(yīng)熔煉爐。
[0017]采用上述再更進一步設(shè)置，可以使得中間合金中不帶入雜質(zhì)污染。
【附圖說明】
[0018]圖1為實施例1中球磨后混合粉末的結(jié)構(gòu)圖；
圖2為實施例2中球磨后混合粉末的結(jié)構(gòu)圖；
圖3為實施例3中球磨后混合粉末的結(jié)構(gòu)圖；
圖4為實施例4中球磨后混合粉末的結(jié)構(gòu)圖；
圖5為實施例1燒結(jié)后鐵-三氧化二釔中間合金結(jié)構(gòu)圖；
圖6為實施例1制成的三氧化二釔彌散強化鋼TEM圖。
【具體實施方式】
[0019]實施例1:
如圖1、5、6所示，一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，包括有以下步驟:(I)首先將鐵粉0.04kg、三氧化二釔粉0.16kg均勻混合進行機械球磨，機械球磨時間為5小時，球磨介質(zhì)采用乙醇；(2)將球磨后的混合粉末等靜壓成型壓制成塊；(3)在保護氣氛管式爐內(nèi)，還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、隨爐冷卻，其中，燒結(jié)溫度為1410°C，并保溫I小時；(4)在真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、S1、Nb、V、N、C、Mn以及燒結(jié)后的鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉，其中，各組分按質(zhì)量百分比為:Fe為90.1kg，Cr為8kg，Mo 為 0.85 kg, Si 為 0.2kg，Nb 為 0.06kg，V 為 0.18kg，N 為 0.03 kg, C 為 0.08 kg,Mn為0.3 kg,鐵-三氧化二釔中間合金為0.2 kg,制的10kg三氧化二釔彌散強化鋼。
[0020]實施例2:
如圖2所示，一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，包括有以下步驟:(I)首先將鐵粉0.25kg、三氧化二釔粉0.25kg均勻混合進行機械球磨，機械球磨時間為20小時，球磨介質(zhì)采用乙醇；(2)將球磨后的混合粉末模壓成型壓制成塊；(3)在保護氣氛管式爐內(nèi)，還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、隨爐冷卻，其中，燒結(jié)溫度為1500°C，并保溫3小時；(4)在真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、S1、Nb、V、N、C、Mn以及燒結(jié)后的鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉，其中，各組分按質(zhì)量百分比為:Cr為9.5kg，Mo為1.05kg，Si為0.5kg，Nb 為 0.1kg，V 為 0.25kg，N 為 0.07kg，C 為 0.12kg，Mn 為 0.6kg，鐵-三氧化二釔中間合金為0.5kg，制的10kg三氧化二釔彌散強化鋼。
[0021]實施例3:
如圖3所示，一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，包括有以下步驟:(I)首先將鐵粉0.45kg、三氧化二釔粉0.05kg均勻混合進行機械球磨，機械球磨時間為40小時，球磨介質(zhì)采用乙醇；(2)將球磨后的混合粉末模壓成型壓制成塊；(3)在保護氣氛管式爐內(nèi)，還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、隨爐冷卻，其中，燒結(jié)溫度為700°C，并保溫5小時；(4)在真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、S1、Nb、V、N、C、Mn以及燒結(jié)后的鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉，其中，各組分按質(zhì)量百分比為:Cr為9.5kg，Mo為1.05kg，Si為0.5kg，Nb 為 0.1kg，V 為 0.25kg，N 為 0.07kg，C 為 0.12kg，Mn 為 0.6kg，鐵-三氧化二釔中間合金為0.5kg，制的10kg三氧化二釔彌散強化鋼。
[0022]實施例4:
如圖4所示，一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，包括有以下步驟:(I)首先將鐵粉0.08kg、三氧化二釔粉0.32kg均勻混合進行機械球磨，機械球磨時間為100小時，球磨介質(zhì)采用乙醇；(2)將球磨后的混合粉末等靜壓成型壓制成塊；(3)在保護氣氛管式爐內(nèi)，還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、冷卻，其中，燒結(jié)溫度為1410°C，并保溫2小時；(4)在真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、S1、Nb、V、N、C、Mn以及燒結(jié)后的鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉，其中，各組分按質(zhì)量百分比為:Fe為88.37kg，Cr為9kg，Mo為lkg，Si 為 0.3kg，Nb 為 0.08kg，V 為 0.2kg，N 為 0.05kg，C 為 0.1kg，Mn 為 0.5kg，鐵-三氧化二I乙中間合金為0.4kgο
【主權(quán)項】
1.一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于，包括有以下步驟: (1)首先將鐵粉、三氧化二釔粉均勻混合進行機械球磨，其中，三氧化二釔粉質(zhì)量占鐵粉、三氧化二釔粉混合粉質(zhì)量的百分比1-80% ; (2)將球磨后的混合粉末壓制成塊； (3)在還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、冷卻； (4)在熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、S1、Nb、V、N、C、Mn以及燒結(jié)后的鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉，其中，各組分按質(zhì)量百分比為:Cr為8-9.5%，Mo為0.85-1.05%，Si為0.2-0.5%，Nb 為 0.06-0.1%，V 為 0.18-0.25%，N 為 0.03-0.07%，C 為 0.08-0.12%，Mn 為0.3-0.6%，鐵-三氧化二釔中間合金為0.2-0.5%，其余為Fe。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于:機械球磨時間為5-100小時，球磨介質(zhì)為乙醇。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于:步驟(2)中壓制采用等靜壓成型或模壓成型。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于:燒結(jié)溫度為700-1500°C，并保溫1-5小時。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于:燒結(jié)溫度為1410°C，保溫時間為I小時。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，其特征在于:步驟(3)中燒結(jié)采用的設(shè)備為保護氣氛管式爐，步驟(4)中熔煉爐為真空感應(yīng)熔煉爐。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，包括有以下步驟：（1）首先將鐵粉、三氧化二釔粉均勻混合進行機械球磨，其中，三氧化二釔粉質(zhì)量占鐵粉、三氧化二釔粉混合粉質(zhì)量的百分比1-80%；（2）將球磨后的混合粉末壓制成塊；（3）在還原氣氛中進行燒結(jié)成鐵-三氧化二釔中間合金、冷卻；（4）在熔煉爐內(nèi)加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn、鐵-三氧化二釔中間合金進行熔煉。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種三氧化二釔彌散強化鋼的加工方法，生成過程簡單，成本低，適合批量生產(chǎn)，制備的鋼的力學(xué)性能和組織各向同性。
【IPC分類】C22C38/26, C22C33/06
【公開號】CN104928587
【申請?zhí)枴緾N201510246682
【發(fā)明人】史子木
【申請人】浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月14日