[发明专利]一种高强度奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，该高强度奥氏体不锈钢包括奥氏体不锈钢基体和弥散分布于奥氏体不锈钢基体中的微米氮化物、亚微米氧化物和纳米氧化物；其中，微米氮化物为TiN，亚微米氧化物为Al₂O₃，纳米氧化物为Y‑Al‑O。制备时，将混合粉末A进行激光熔化成型；再进行组织性能调控；其中，混合粉末A为微米氮化物和粉末B通过球磨混合得到；粉末B为亚微米氧化物和粉末C通过球磨得到；粉末C为纳米氧化物和奥氏体钢粉通过球磨得到；纳米氧化物为纳米Y₂O₃和纳米Al粉通过球磨固溶得到。本发明利用氧化物冶金技术和弥散强化理论向钢中引入不同尺寸的多种粒子对奥氏体不锈钢进行强化，工艺和产品重现性好，洁净度相同、组织和性能易于控制。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种高强度奥氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

一回路主管道是核岛内七大关键设备之一，被称为核电站的“主动脉”，属于核一级部件。主管道连接反应堆压力容器、蒸汽发生器和反应堆冷却机泵，从而使这几个设备组成一条闭式的回路。它的主要功能是输送含有放射性物质的压力水和保持压力边界的完整性，防止放射性物质外泄。主管道在高温高压的工况下要运行几十年，服役环境苛刻，制造技术要求高。

福岛事故后，人们对核电的安全更为重视。核电的安全离不开高强度结构材料的开发。目前，国际上蒸汽发生器传热管材料是用奥氏体不锈钢制造，主要有304、304L、304N、316、和316L。国外核电站运行经验表明，以传热管的失效是影响核电站安全运行的主要因素之一。因此，提高传热管材料的力学性能及其制造工艺也就成了当前亟需解决的问题。

向钢中引入尺寸细小的高熔点氧化物可对位错和亚晶界进行钉扎，阻碍位错运动，抑制晶粒长大，从而强化材料；由于氧化物的熔点较高，引入的氧化物在接近材料熔点的温度下也不会重新固溶到基体中，使得材料在高温下仍有良好的强度。

上世纪七十年代，新日铁公司技术员利用TiN粒子的钉扎作用改善焊接热影响区的韧性。TiN属于耐高温粒子，能在1400℃保持稳定。在焊接区的冷却阶段，TiN粒子通过钉扎奥氏体晶界，有效阻止HAZ奥氏体晶粒长大，提高其韧性。但该工艺中的TiN在炼钢过程中生成，尺寸和数量均不可控。除此之外，世界各国科学家也相继通过机械合金化+烧结的方式向钢中引入纳米级SiO₂、Al₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO₂及Y₂O₃等高熔点氧化物来提高合金的力学性能。由于上述工艺的固有缺陷，工艺和产品重现性差，很难制备出洁净度相同、组织和性能相同的钢来。不同尺寸和不同种类的粒子对钢组织和力学性能的影响不同，而这种影响表现在材料的性能上必是协同作用的结果。目前，强化粒子的应用均是针对单一种类和单一尺度的粒子，强化效果一般。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度奥氏体不锈钢及其制备方法，本发明利用氧化物冶金技术和弥散强化理论向钢中引入不同尺寸的多种粒子对奥氏体不锈钢进行强化，工艺和产品重现性好，洁净度相同、组织和性能易于控制。

本发明采用的技术方案如下：

一种高强度奥氏体不锈钢，包括奥氏体不锈钢基体和弥散分布于奥氏体不锈钢基体中的微米氮化物、亚微米氧化物和纳米氧化物；

其中，微米氮化物为TiN，亚微米氧化物为Al₂O₃，纳米氧化物为Y-Al-O。

优选的，所述高强度奥氏体不锈钢中，微米粒子的质量含量为0.005％～0.01％，粒子尺寸为0.5～1.0μm，数量为10¹⁴～10¹⁵个/m³；