[发明专利]一种高通量连续熔炼制备氧化物弥散强化钢的方法

说明书

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高通量连续熔炼制备氧化物弥散强化钢的方法。具体步骤为：S1)按照设计所需制备的不同氧化物颗粒或者团簇的氧化物弥散强化钢的成分选取各个原料：铁的氧化物和含稀土元素的母合金；S2)将不同配比铁的氧化物，分别置于多个熔炼容器中，备用；S3)将含稀土元素的母合金进行加热熔炼，滴入盛有铁的氧化物熔炼容器中，冷却后得到多种不同含量氧化物弥散强化钢。该方法融合了熔炼制备ODS方法的优势，可以在极短的时间内快速大量地制备不同合金成分的ODS钢；同时通过该方法制备得到的ODS钢无论在尺寸还是质量上都能满足后续热加工、热处理及性能检测，大大降低了研究制备的研制时间和成本。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高通量连续熔炼制备氧化物弥散强化钢的方法。

背景技术

先进核能系统苛刻的工作环境—高温、高氦、高应力、强烈的腐蚀环境及高能中子的辐照等，对结构材料的高温性能及抗辐照性能提出了极高的要求。氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened, ODS)钢基体内弥散分布着高数密度（1023 m-3）、纳米级的氧化物粒子或团簇，其具有良好的高温力学性和辐照稳定性。因此，ODS钢成为了先进核能系统中结构材料的主要候选材料之一；但正如上文所述，ODS钢之所以有如此优异的高温及抗辐照性能，主要是由于有大量均匀细小弥散在其基体中的氧化物粒子或团簇。纳米氧化物或团簇的成分、结构、尺寸及分布的控制是制备得到高性能ODS钢的关键，而影响纳米氧化物或团簇的成分、结构、尺寸及分布的控制的关键因素之一就是材料的合金成分。有研究发现，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；添加一定量的Ti可以促使纳米尺度弥散析出相生成，改善高温强度以及其他微合金元素W、Zr等的添加对ODS钢的性能具有一定影响。因此如何在极短的时间内快速大量地制备得到不同合金成分的ODS钢以用来系统研究材料的合金成分对纳米氧化物或团簇的成分、结构、尺寸及分布的控制的影响成为现阶段ODS钢研究急需解决的瓶颈。

目前ODS钢的主要制备方法为粉末冶金（Powder Metallurgy, PM）工艺。PM-ODS钢制备流程包括气雾化制备预合金粉体、机械合金化（Mechanical Alloying, MA）、脱气与封装、热固化成型和后处理等工序。显然，传统的PM制备路线极其复杂、昂贵而且耗时，不适合用来在短时间内高通量制备ODS钢。同时，PM-ODS钢存在以下两方面的问题，第一：PM-ODS的原颗粒边界（Prior Particle Boundary, PPB）处不可避免的残留烧结孔，其在高温蠕变过程中易沿着加载方向连接成串，加剧蠕变裂纹扩展，从而降低PM-ODS钢的蠕变性能；第二：PM-ODS钢中易形成热致孔，其会恶化ODS钢的高温疲劳和高温蠕变性能；同时，高温激活的热致孔处于动态长大过程，将放大ODS钢的辐照肿胀效应。基于上述问题，有研究提出通过液态金属熔炼（LM）的方式来制备ODS钢。发明人在ZL201711113150.3中提出了一种基于LM法的熔炼铸造制备ODS F/M钢的方法。该发明克服了现有PM-ODS钢制备工艺带来的诸如工艺复杂、流程长、单次生产能力差、批次间稳定性差等诸多问题，提供了一种短流程、高产量、稳定性及经济性好的ODS钢制备工艺。尽管该方法目前来说是单批次产量最高，全流程耗时最短的ODS钢制备工艺，但每炉只能熔炼浇铸一个成分的钢中，优化合金成分的周期长，成本高，无法满足系统研究材料的合金成分对纳米氧化物或团簇的成分、结构、尺寸及分布的控制的影响的需求。

发明内容

本发明提出了一种高通量连续熔炼制备氧化物弥散强化钢的方法。该方法融合了熔炼制备ODS方法的优势以及高通量熔炼设备的特点，可以在极短的时间内快速大量地制备不同合金成分的ODS钢；同时通过该方法制备得到的ODS钢无论在尺寸还是质量上都能满足后续热加工、热处理及性能检测，大大降低了ODS钢研究制备的研制时间和成本。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案：一种高通量连续熔炼制备氧化物弥散强化钢的方法，所述方法具体包括以下步骤：