一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供的含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.3～1％的Zr和余量的Fe。本发明专利技术利用Zr元素与Y、O结合形成更加细小弥散的Y‑Zr‑O纳米团簇，有效抑制Y‑Al‑O粗大颗粒的形成，为Al元素耐腐蚀作用的发挥提供有利条件；另外，细小弥散的Y‑Zr‑O纳米团簇的形成，更为有效地钉扎位错和阻碍晶界移动，进而提高ODS钢的强度，使ODS钢在保持良好耐蚀性的基础上，还具有优异的机械强度。

An aluminized ferrite ODS steel and its preparation method

The present invention provides aluminum ferrite ODS steel with mass percent content, including 14 to 16% Cr, 1 to 6% Al, 1 to 3% W, 0.3 to 3% Y2O3, 0.3 to 1% Zr, and residual Fe. The invention uses the combination of Zr elements and Y and O to form a more finer and dispersed Y Zr O nanocluster, which effectively inhibits the formation of Y Al O coarse particles, and provides favorable conditions for the corrosion resistance of Al elements. In addition, the formation of small and dispersed Y Zr dispersive nanoclusters is more effective in pinning dislocation and hindering grain boundary movement. In order to improve the strength of ODS steel, ODS steel has excellent mechanical strength on the basis of maintaining good corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法
本专利技术属于粉末冶金领域，具体涉及一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法。
技术介绍
氧化物弥散强化钢(OxidationDispersionStrengthened，以下简称ODS钢)的基体中存在一定数量的纳米氧化物颗粒，在服役过程中能够通过弥散强化的作用阻碍位错运动及晶粒的长大，相对传统的耐热钢，ODS钢具有良好的高温性能和抗辐射损伤性能。因而，ODS钢被选作为第四代核裂变反应堆候选结构材料之一。ODS钢制备过程中，多会添加一些助剂，提升钢的综合性能，如Al元素能形成致密的氧化铝(Al2O3)保护膜，显著提高ODS耐腐蚀和抗氧化性能；氧化钇(Y2O3)作为ODS钢的另一种添加剂，则能提高ODS钢的热稳定性和化学稳定性。然而，在实际生产中，Al元素在烧结过程中容易形成AlN、Al2O3等中间相，尤其是Al2O3极易和Y2O3结合形成粗大的Y-Al-O颗粒，与ODS钢基体不存在共格关系，严重影响了ODS钢的力学性能，添加Al的ODS钢的屈服强度远低于不添加Al元素的ODS钢的力学性能，如PM2000和MA956均为添加Al元素的ODS钢，室温屈服强度分别为869MPa和550MPa，显著低于不添加铝的ODS钢MA957的屈服强度1390MPa。如何避免粗大的Y-Al-O颗粒对ODS钢的不利影响，在不降低ODS钢强度性能的基础上，提高ODS钢的耐腐蚀性，成为亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含铝铁素体ODS钢及其制备方法，本专利技术提供的ODS钢不仅具有较高的强度，还具有较好的耐腐蚀性能。为实现以上目的，本专利技术提供了一种含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.3～1％的Zr和余量的Fe。优选地，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.6～0.9％的Zr和余量的Fe。本专利技术还提供了一种含铝铁素体ODS钢的制备方法，包括如下步骤：将Fe-Cr-Al-W预合金粉、Y2O3和Zr混合，在无氧条件下进行球磨，得到预烧结料；将所述预烧结料在无氧条件下进行热等静压烧结，冷却后得到含铝铁素体ODS钢。优选地，所述Fe-Cr-Al-W预合金粉的组分包括：14～16wt％的Cr、1～6wt％的Al、1～3wt％的W和余量的Fe。优选地，所述以Zr粉的形式提供，所述Zr粉的平均粒径为8～12μm。优选地，所述Y2O3以Y2O3粉的形式提供，所述Y2O3粉的平均粒径为25～40nm。优选地，所述球磨的方式为干法球磨或湿法球磨；所述球磨的转速为200～300r/min；所述球磨的时间为25～40h。优选地，所述球磨用磨球包括大磨球和小磨球；所述大磨球的粒径为8～12mm，所述小磨球的粒径为4～6mm；所述大磨球和小磨球的质量比为1：(3～5)。优选地，所述热等静压烧结的温度为1100～1200℃，所述热等静压烧结的烧结时间为2～4h。优选地，所述热等静压烧结的压力为100～200MPa。本专利技术提供的含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.3～1％的Zr和余量的Fe。在本专利技术提供的含铝铁素体ODS钢中，Zr元素能够与Y、O结合形成更加细小弥散的Y-Zr-O纳米团簇，有效抑制Y-Al-O粗大颗粒的形成，为Al元素耐腐蚀作用的发挥提供有利条件；另外，细小弥散的Y-Zr-O纳米团簇的形成，更为有效地钉扎位错和阻碍晶界移动，进而提高ODS钢的强度，使ODS钢在保持良好耐蚀性的基础上，还具有优异的机械强度。而实施例结果表明，本专利技术提供的上述方案能够得到晶粒尺寸为0.88μm～1.22μm的ODS钢样品，屈服强度达到834MPa，抗拉强度达到1007MPa，且具有优异的耐蚀性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术对比例和实施例1～3制备的ODS钢扫描电镜电子背散射EBSD晶粒组织分布图；其中，a为对比例，b为实施例1，c为实施例2，d为实施例3；图2为本专利技术对比例和实施例1～3制备的ODS钢的透射电镜高分辨纳米尺寸氧化物颗粒分布图，其中，a为对比例，b为实施例1，c为实施例2，d为实施例3；图3为本专利技术制备的ODS钢的力学测试的试样结构示意图与实物图；图4为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3以及对比例制备得到的ODS钢在室温条件下的应力应变曲线；图5为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3以及对比例制备得到的ODS钢的电极极化曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.3～1％的Zr和余量的Fe。在本专利技术中，以质量百分含量计，所述含铝铁素体ODS钢包括14～16％的Cr，优选为15～16％；所述含铝铁素体ODS钢包括1～6％的Al，优选为2～5％；所述含铝铁素体ODS钢包括1～3％的W，优选为1.5～2％；所述含铝铁素体ODS钢包括0.3～3％的Y2O3，优选为0.35～2％；所述含铝铁素体ODS钢包括0.3～1％的Zr，优选为0.6～0.9％，进一步优选为0.6～0.8％；所述含铝铁素体ODS钢的余量为Fe。在本专利技术中，所述Cr能提高ODS钢的抗拉强度、屈服强度和抗压强度；Al能提高ODS钢的抗氧化性能和抗疲劳性能；W能提高ODS钢的高温强度性能；Y2O3能与Zr结合生成Y4Zr3O12，既能避免Al2O3与Y2O3结合形成粗大的Y-Al-O颗粒，为Al改善ODS钢抗氧化性能和抗疲劳性能作用的发挥提供有利条件，同时Y4Zr3O12细小且稳定，均匀分散在ODS钢基体中，能进一步提高ODS钢的强度性能。本专利技术还提供了一种含铝铁素体ODS钢的制备方法，包括如下步骤：将Fe-Cr-Al-W预合金粉、Y2O3和Zr混合，在无氧条件下进行球磨，得到预烧结料；将所述预烧结料在无氧条件下进行热等静压烧结，冷却后得到含铝铁素体ODS钢。本专利技术将Fe-Cr-Al-W预合金粉、Y2O3和Zr混合，得到混合粉料。在本专利技术中，所述Fe-Cr-Al-W预合金粉优选包括以下组分：14～16wt％的Cr、1～6wt％的Al、1～3wt％的W和余量的Fe，进一步优选为16％的Cr、2～5％的Al、2～3％的W和余量的Fe。在本专利技术中，所述Fe-Cr-Al-W预合金粉的平均粒径优选为25～75μm，进一步优选为30～60μm，更优选为40～55μm。在本专利技术中，所述Fe-Cr-Al-W预合金粉原料的粒径达到上述要求时，可直接作为Fe-Cr-Al-W预合金粉使用；所述Fe-Cr-Al-W预合金粉原料的粒径不符合上述要求时，本专利技术优选对Fe-Cr-Al-W预合金粉原料进行筛分处理。在本专利技术中，所述筛分优选包括第一级筛分和第二级筛分；所述第一级筛分用筛网的孔径优选为170～270目，进一步优选为200目；所述第二级筛分用筛网的孔径优选为400～500目，进一步优选为500目；所述第一级筛分和第二级筛分均以筛下物作为目标筛选粉料。本专利技术对所述Fe-Cr-Al-W预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.3～1％的Zr和余量的Fe。

【技术特征摘要】
1.一种含铝铁素体ODS钢，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.3～1％的Zr和余量的Fe。2.如权利要求1所述的含铝铁素体ODS钢，其特征在于，以质量百分含量计，包括14～16％的Cr、1～6％的Al、1～3％的W、0.3～3％的Y2O3、0.6～0.9％的Zr和余量的Fe。3.权利要求1或2所述的含铝铁素体ODS钢的制备方法，包括如下步骤：将Fe-Cr-Al-W预合金粉、Y2O3和Zr混合，在无氧条件下进行球磨，得到预烧结料；将所述预烧结料在无氧条件下进行热等静压烧结，冷却后得到含铝铁素体ODS钢。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Fe-Cr-Al-W预合金粉的组分包括：14～16wt％的Cr、1～6wt％的Al、1～3wt％的W和余量的Fe。5.如权利要求3所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：余黎明，任健，刘永长，李会军，刘晨曦，马宗青，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12