[发明专利]一种氧化物弥散强化FeCrAl合金管材的制备方法

说明书

本发明属于核电管材制备技术领域，具体公开了一种核燃料包壳材料用的氧化物弥散强化(ODS)FeCrAl合金管材的制备方法，旨在实现高强度ODS‑FeCrAl合金薄壁管材的国产化。该ODS‑FeCrAl合金管材的制备采用冷轧+道次热处理工艺，其特征在于：轧制速度控制在100～600转/分钟，管材变形量控制在10％～50％。每道次的热处理采用真空退火方式，退火温度为700℃～1050℃，保温时间为30～90分钟。本发明所述管材制备方法不会影响ODS‑FeCrAl合金中Y‑Al‑O氧化物强化相的颗粒大小和弥散状态，制得的管材具有晶粒细小、组织均匀的晶体结构，且ODS管材具有优异的强度和抗蠕变能力，以及优秀的抗氧化、辐照肿胀性能。

技术领域

本发明属于核电管材制备技术领域，具体涉及一种核燃料包壳材料用的氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened,ODS)FeCrAl合金管材的制备方法。

背景技术

2011年日本福岛核电厂因海啸引发的核电安全危机，使全球核电安全意识提升到前所未有的高度，事故容错燃料的研发应运而生。事故容错燃料旨在较长时间内抵抗严重事故工况，同时保证正常运行条件下的性能与现有燃料系统相当或更好。氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened,ODS)FeCrAl合金因其具有优异的抗蠕变、抗氧化、抗辐照肿胀、中子经济损失小和强度高等优点，成为事故容错燃料包壳的候选材料之一。与铸态FeCrAl合金不同，ODS-FeCrAl合金基体内含有高密度弥散分布、纳米尺寸的Y₂O₃、Y-Al-O氧化物颗粒，在塑性变形或位错蠕变中通过钉扎，抑制晶界和位错运动，使得合金的硬度和强度显著增加而塑性和延展性降低。

高强度的ODS-FeCrAl合金带来管材的加工困难，尤其是制备薄壁管材。目前，轧制成功且已报道的ODS-FeCrAl管材只有美国的MA956、德国的PM2000系列。我国的ODS-FeCrAl合金研发与制备起步较晚，在核电装备及材料使用上大多依赖进口，材料的落后严重制约我国核电产业的发展。为打破国外垄断，本发明在材料制备的基础上，采用冷轧方式制备出一系列ODS-FeCrAl合金管材，合金中细小弥散的Y-Al-O复合氧化物保证了其优异的力学性能，优秀的抗氧化耐腐蚀和耐磨能力。

发明内容

本发明提供了一种核燃料包壳材料用的ODS-FeCrAl合金管材的制备方法，旨在打破国外高强度ODS-FeCrAl合金管材制备的垄断地位。本发明采用冷轧加道次热处理方式，通过对道次减径量、热处理条件及道次径/壁比的调控，降低管坯制备的不均匀性，获得Y-Al-O纳米氧化物弥散分布、晶粒尺寸细小的ODS-FeCrAl精密管材。

本发明技术方案如下：

一种ODS-FeCrAl合金管材的制备方法，其特征在于，具体制备方法包括以下步骤：

A)利用机械合金化法或内氧化法制得ODS-FeCrAl合金粉末；

B)利用热等静压工艺实现ODS-FeCrAl合金化；

C)去包套后，将合金热锻成棒；

D)热处理后采用穿孔工艺制成管坯；

E)采用冷轧+道次热处理工艺减小所述管坯的直径和/或壁厚，直至得到尺寸要求的管材。

本发明所述ODS-FeCrAl合金管材的制备方法，其特征在于：经过热等静压或热挤压制得的ODS-FeCrAl合金去包套后进行锻造处理，热锻温度为1100℃～1250℃。热锻完毕的棒坯经过车削加工去除表面缺陷，再对其进行穿孔，穿孔前对棒坯进行短时热处理，释放上道工序存留的加工应力，温度在800℃～1000℃，保温时间为40～80分钟，采用周期轧管机将钢坯轧制为初道管坯。