CN104928587A - 一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，包括有以下步骤：（1）首先将铁粉、三氧化二钇粉均匀混合进行机械球磨，其中，三氧化二钇粉质量占铁粉、三氧化二钇粉混合粉质量的百分比1-80%；（2）将球磨后的混合粉末压制成块；（3）在还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、冷却；（4）在熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn、铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼。采用上述技术方案，本发明提供了一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，生成过程简单，成本低，适合批量生产，制备的钢的力学性能和组织各向同性。
Description
技术领域
本发明涉及一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法。
背景技术
第一壁包壳材料是未来聚变反应堆的最重要的结构部件之一，直接关系到反应堆的设计寿命。金属材料在核反应辐照下会发生硬化和脆化效应从而导致失效，现有材料均不满足聚变堆的设计使用要求。目前学界普遍认为通过添加三氧化二钇弥散强化的低活化铁素体/马氏体钢是最有希望应用于聚变核反应示范堆的首选材料。
目前，制造三氧化二钇弥散强化钢最常用的方法是，将各合金元素粉末混合球磨，合金粉末承受多种力的作用从而实现固态下合金化效果，然后，再通过热等静压或热挤压进行致密化烧结，但是，该生产过程复杂、生产成本高，尤其不利于生产大尺寸部件，而且，制备的钢的力学性能和组织存在各向异性现象，因而，相对而言，铸造生产钢工艺和设备简单，可生产各种尺寸和复杂形状铸件。
而现有的铸造方法无法制备三氧化二钇弥散强化钢，其原因在于：三氧化二钇熔点高，有很强的热稳定性，在铸造温度范围内不会发生分解或与其他金属元素结合形成化合物；三氧化二钇密度小于铁水，在铸造过程中三氧化二钇浮在铁水表面，弥散效果差；三氧化二钇粉末与铁水润湿性差，难以与铁及其他元素产生合金化反应，因而，在铸造过程中，往铁水中直接添加的三氧化二钇将以杂质元素形式团聚在钢样表面，达不到强化效果。
发明内容
本发明的目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，生成过程简单，成本低，适合批量生产，制备的钢的力学性能和组织各向同性。
本发明的技术方案：一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于，包括有以下步骤：
（1）首先将铁粉、三氧化二钇粉均匀混合进行机械球磨，其中，三氧化二钇粉质量占铁粉、三氧化二钇粉混合粉质量的百分比1-80%；
（2）将球磨后的混合粉末压制成块；
（3）在还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、冷却；
（4）在熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Cr 为8-9.5%，Mo为0.85-1.05%，Si为0.2-0.5%，Nb为0.06-0.1%，V为0.18-0.25%，N为0.03-0.07%，C为0.08-0.12%，Mn为0.3-0.6%，铁-三氧化二钇中间合金为0.2-0.5%，其余为Fe。
采用上述技术方案，通过铁-三氧化二钇中间合金，使得其熔点比三氧化二钇低，在铸造温度范围内会发生分解、与其他金属元素结合形成化合物；密度比三氧化二钇高，不会浮在铁水表面，弥散效果好；润湿性好，容易与铁及其他元素产生合金化反应，这种加工方法，生成过程简单，能适合批量生产，而且，制备的钢的力学性能和组织各向同性。
本发明的进一步设置：机械球磨时间为5-100小时，球磨介质为乙醇。
采用上述进一步设置，可以使得Fe粉和三氧化二钇粉末充分混合，并发生原子间结合。
本发明的再进一步设置：步骤（2）中压制采用等静压成型或模压成型。
采用上述再进一步设置，制备成的块状中间合金，有利于后序铸造熔炼时进行添加。
本发明的再更进一步设置：烧结温度为700-1500℃，并保温1-5小时。
采用上述再更进一步设置，可以使得压制的中间合金紧密结合，粉末不脱落。
本发明的再更进一步设置：烧结温度为1410℃，保温时间为1小时。
采用上述再更进一步设置，可以使得烧结充分，结合力好。
本发明的再更进一步设置：步骤（3）中烧结采用的设备为保护气氛管式炉，步骤（4）中熔炼炉为真空感应熔炼炉。
采用上述再更进一步设置，可以使得中间合金中不带入杂质污染。
附图说明
图1为实施例1中球磨后混合粉末的结构图；
图2为实施例2中球磨后混合粉末的结构图；
图3为实施例3中球磨后混合粉末的结构图；
图4为实施例4中球磨后混合粉末的结构图；
图5为实施例1烧结后铁-三氧化二钇中间合金结构图；
图6为实施例1制成的三氧化二钇弥散强化钢TEM图。
具体实施方式
实施例1：
如图1、5、6所示，一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，包括有以下步骤：（1）首先将铁粉0.04kg、三氧化二钇粉0.16kg均匀混合进行机械球磨，机械球磨时间为5小时，球磨介质采用乙醇；（2）将球磨后的混合粉末等静压成型压制成块；（3）在保护气氛管式炉内，还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、随炉冷却，其中，烧结温度为1410℃，并保温1小时；（4）在真空感应熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Fe为90.1kg，Cr 为8kg，Mo为0.85 kg，Si为0.2kg，Nb为0.06kg，V为0.18kg，N为0.03 kg，C为0.08 kg，Mn为0.3 kg，铁-三氧化二钇中间合金为0.2 kg，制的100kg三氧化二钇弥散强化钢。
实施例2：
如图2所示，一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，包括有以下步骤：（1）首先将铁粉0.25kg、三氧化二钇粉0.25kg均匀混合进行机械球磨，机械球磨时间为20小时，球磨介质采用乙醇；（2）将球磨后的混合粉末模压成型压制成块；（3）在保护气氛管式炉内，还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、随炉冷却，其中，烧结温度为1500℃，并保温3小时；（4）在真空感应熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Cr 为9.5kg，Mo为1.05kg，Si为0.5kg，Nb为0.1kg，V为0.25kg，N为0.07kg，C为0.12kg，Mn为0.6kg，铁-三氧化二钇中间合金为0.5kg，制的100kg三氧化二钇弥散强化钢。
实施例3：
如图3所示，一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，包括有以下步骤：（1）首先将铁粉0.45kg、三氧化二钇粉0.05kg均匀混合进行机械球磨，机械球磨时间为40小时，球磨介质采用乙醇；（2）将球磨后的混合粉末模压成型压制成块；（3）在保护气氛管式炉内，还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、随炉冷却，其中，烧结温度为700℃，并保温5小时；（4）在真空感应熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Cr 为9.5kg，Mo为1.05kg，Si为0.5kg，Nb为0.1kg，V为0.25kg，N为0.07kg，C为0.12kg，Mn为0.6kg，铁-三氧化二钇中间合金为0.5kg，制的100kg三氧化二钇弥散强化钢。
实施例4：
如图4所示，一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，包括有以下步骤：（1）首先将铁粉0.08kg、三氧化二钇粉0.32kg均匀混合进行机械球磨，机械球磨时间为100小时，球磨介质采用乙醇；（2）将球磨后的混合粉末等静压成型压制成块；（3）在保护气氛管式炉内，还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、冷却，其中，烧结温度为1410℃，并保温2小时；（4）在真空感应熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Fe为88.37kg，Cr 为9kg，Mo为1kg，Si为0.3kg，Nb为0.08kg，V为0.2kg，N为0.05kg，C为0.1kg，Mn为0.5kg，铁-三氧化二钇中间合金为0.4kg。
Claims (6)
1.一种三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于，包括有以下步骤：
（1）首先将铁粉、三氧化二钇粉均匀混合进行机械球磨，其中，三氧化二钇粉质量占铁粉、三氧化二钇粉混合粉质量的百分比1-80%；
（2）将球磨后的混合粉末压制成块；
（3）在还原气氛中进行烧结成铁-三氧化二钇中间合金、冷却；
（4）在熔炼炉内加入Fe、Cr、Mo、Si、Nb、V、N、C、Mn以及烧结后的铁-三氧化二钇中间合金进行熔炼，其中，各组分按质量百分比为：Cr 为8-9.5%，Mo为0.85-1.05%，Si为0.2-0.5%，Nb为0.06-0.1%，V为0.18-0.25%，N为0.03-0.07%，C为0.08-0.12%，Mn为0.3-0.6%，铁-三氧化二钇中间合金为0.2-0.5%，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于：机械球磨时间为5-100小时，球磨介质为乙醇。
3.根据权利要求1或2所述的三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于：步骤（2）中压制采用等静压成型或模压成型。
4.根据权利要求1或2所述的三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于：烧结温度为700-1500℃，并保温1-5小时。
5.根据权利要求4所述的三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于：烧结温度为1410℃，保温时间为1小时。
6.根据权利要求1或2或5所述的三氧化二钇弥散强化钢的加工方法，其特征在于：步骤（3）中烧结采用的设备为保护气氛管式炉，步骤（4）中熔炼炉为真空感应熔炼炉。
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