CN117403138B - 一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢及其制备方法，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的成分包括：Cr 8.0‑10.0wt％、Al 4.0‑6.0wt％、Ce 0.20‑0.80wt％、Y 0.2‑0.4wt％、O 0.05‑0.3wt％、C≤0.0016wt％、余量为Fe。本发明通过控制Cr含量为8.0‑10.0wt％，以降低ODS钢脆性；通过高压高能球磨和分步烧结提高钢的晶界密度，通过添加Ce促进Cr沿晶界向外扩散，从而协同促进钢在高温腐蚀环境中有效生成Cr2O3保护膜，提高其耐腐蚀性能、抗高温氧化性能；此外，Ce与Y2O3形成的高密度核壳结构纳米氧化物有助于提高其力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及新型结构材料技术领域，特别是涉及一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢及其制备方法。
背景技术
核反应堆包壳作为核反应堆的第一道安全屏障，其性能直接关系到核反应堆能否安全、可靠地运行。锆合金是目前主要应用的包壳材料，然而锆合金与高温水蒸气反应会产生氢气和大量热量，有可能导致堆芯熔化和氢气***事故的发生。基于对反应堆安全的考虑，包壳候选材料氧化物弥散强化钢(ODS钢)的设计与优化得到了国际上的广泛关注。ODS钢中分布的高密度纳米尺度氧化物颗粒能够阻碍位错运动，从而提高合金的强度，并且还可以捕捉辐照缺陷，提高合金的抗辐照性能，具有广阔的应用前景。
目前高Cr ODS钢容易在服役温度及辐照条件下产生脆性问题，而低Cr ODS钢的腐蚀性能又较差，因此，需要采取措施解决这一矛盾，制备综合性能优异的ODS钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。本发明通过控制ODS-FeCrAl钢的Cr含量，使Cr在8.0-10.0wt％的较低范围内，以降低其脆性；通过高压高能球磨和分步放电等离子体烧结法提高钢的晶界密度，通过添加稀土Ce促进Cr沿晶界向外扩散，从而协同促进钢在高温腐蚀环境中有效生成Cr2O3保护膜，提高其耐腐蚀性能、抗高温氧化性能；此外，Ce与Y2O3形成的高密度核壳结构纳米氧化物有助于提高其力学性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明的技术方案之一：一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢，按质量百分比计，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的成分包括：Cr 8.0-10.0wt％、Al 4.0-6.0wt％、Ce 0.2-0.8wt％、Y 0.2-0.4wt％、O 0.05-0.3wt％、C≤0.0016wt％、余量为Fe。
进一步地，所述Cr来源于Cr粉、Al来源于Al粉、Ce来源于含氧Ce粉、Y来源于Y2O3粉、O来源于Y2O3粉和含氧Ce粉、Fe来源于Fe粉；所述含氧Ce粉由Ce粉通过氧吸附获得；所述C为Cr粉、Al粉、Ce粉、Y2O3粉、Fe粉中的杂质。
进一步地，按质量百分比计，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的原料包括：Cr粉8.0-10.0wt％、Al粉4.0-6.0wt％、含氧Ce粉0.21-1.0wt％(含氧Ce粉的质量分数为Ce粉和Ce粉中吸附的O的总质量分数，其中Ce粉0.2-0.8wt％)、Y2O3粉0.3-0.5wt％、Fe粉余量。
进一步地，所述Cr粉的纯度为99.999％，所述Al粉的纯度为99.999％，所述Ce粉的纯度为99.999％，所述Y2O3粉的纯度为99.999％，所述Fe粉的纯度为99.999％。
进一步地，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢以FeCrAl为基体，所述基体中弥散分布有具有核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒。
进一步地，所述核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒的内核为铈钇氧化物(Ce-Y-O)，外壳富集铬和铝(即壳层为富铬铝壳)；所述核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒的粒径为2-100nm。
含氧Ce粉以及Y2O3粉之间发生原位反应形成铈钇氧化物(Ce-Y-O)内核，并在铈钇氧化物(Ce-Y-O)的表面形成富集铬和铝的外壳(富铬铝壳)。
本发明的技术方案中，Cr含量选择合理，克服了现有技术方案中Cr含量过高所带来的辐照脆性与服役温度环境下的脆性隐患问题。添加的稀土Ce有助于促进Cr的扩散，克服了低Cr(尤其是＜10wt％)钢难以在高温腐蚀环境中有效生成Cr2O3保护膜来抵抗腐蚀作用的不足。
本发明的技术方案之二：一种上述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的制备方法，包括以下步骤：按照Cr粉8.0-10.0wt％、Al粉4.0-6.0wt％、含氧Ce粉0.21-1.0wt％(含氧Ce粉的质量分数为Ce粉和Ce粉中吸附的O的总质量分数，其中Ce粉0.2-0.8wt％)、Y2O3粉0.3-0.5wt％、Fe粉余量进行配料，其中的Cr粉、Al粉和Fe粉通过气雾化技术制备成FeCrAl预合金粉；将所述FeCrAl预合金粉与所述含氧Ce粉和Y2O3粉混合，球磨；将球磨后得到的合金粉烧结固化，得到所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢。
由于Cr粉、Al粉、含氧Ce粉、Y2O3粉中C杂质的含量极低，所以实际配比中Cr粉、Al粉、Fe粉等各成分粉料的质量含量几乎等同于耐腐蚀氧化物弥散强化钢成品中相应成分的质量含量。
进一步地，所述FeCrAl预合金粉的粒径为1-10μm；所述Y2O3的粒径为50nm-1μm。
进一步地，所述含氧Ce粉由Ce粉通过氧吸附获得，所述含氧Ce粉中的氧的质量为Ce粉的5-25wt％，所述Ce粉的粒径为50nm-1μm。
进一步地，所述氧吸附的步骤包括：在容器中预先通入5-20min干燥氧气，然后将Ce粉迅速放入容器中，持续通入干燥氧气，直至Ce粉增重5-25wt％。
进一步地，所述球磨的转速为220-350rpm，球料比为10:1-15:1，球磨方式为间歇式球磨，总工作时间为36-64h。
进一步地，所述间歇式球磨的具体进程为：每球磨30-120min，停机15-60min。
进一步地，所述球磨的压力为100-1000bar。
进一步地，所述球磨在高纯氩气保护气氛中进行。
进一步地，所述烧结固化采用分步烧结法进行，烧结进程为：在50-100MPa的压力下，首先升温至700-850℃，保温5-10min，随后升温至1000-1200℃，保温5-10min，然后降温至室温；所述升温和降温的速率均为50-120℃/min。
分步烧结法有助于提高合金致密度，改善组织均匀性，并使合金的晶粒尺寸保持在较低范围。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明设计的FeCrAl系ODS钢中Cr的含量为8.0-10.0wt％，低含量的Cr有助于克服现有技术中Cr含量过高所带来的合金辐照脆性与服役温度环境下的脆性隐患问题。
(2)本发明向FeCrAl钢中添加稀土Ce，稀土Ce有助于促进Cr沿晶界向外扩散，克服了低Cr(尤其是＜10wt％)钢难以在高温腐蚀环境中有效生成Cr2O3保护膜来抵抗腐蚀作用的不足。并且经特殊氧吸附处理的Ce可与Y2O3形成具有完整核壳结构的纳米氧化物颗粒，有助于提高合金的力学性能(吸附O的Ce可以和Y2O3发生原位反应，避免Ce直接和Y2O3发生相对较强烈的反应，改善纳米氧化物颗粒形成过程中与基体之间界面的应力状态，从而促进生成具有核壳结构的铈钇氧化物，缓解硬质纳米氧化物周围的应力集中，提高ODS钢的韧性)。
(3)本发明通过高压高能球磨和分步放电等离子体烧结法能够有效获得晶粒尺寸小、晶界密度高的合金，有利于Cr沿晶界向外扩散，在高温腐蚀环境中形成具有保护作用的Cr2O3氧化膜，提高合金的耐腐蚀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备的耐腐蚀ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后的表面氧化物的截面形貌图；
图2为实施例1制备的耐腐蚀ODS钢的高密度核壳结构纳米氧化物的透射电子显微结构高角环形暗场像图；
图3为实施例1制备的耐腐蚀ODS钢的高密度核壳结构纳米氧化物的局部透射电子显微结构高角环形暗场像及其对应的X射线能谱面扫图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明提供一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢，按质量百分比计，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的成分包括：Cr 8.0-10.0wt％、Al 4.0-6.0wt％、Ce 0.2-0.8wt％、Y 0.2-0.4wt％、O 0.05-0.3wt％、C≤0.0016wt％、余量为Fe。
进一步地，所述Cr来源于Cr粉、Al来源于Al粉、Ce来源于含氧Ce粉、Y来源于Y2O3粉、O来源于Y2O3粉和含氧Ce粉、Fe来源于Fe粉；所述含氧Ce粉由Ce粉通过氧吸附获得；所述C为Cr粉、Al粉、Ce粉、Y2O3粉、Fe粉中的杂质。
进一步地，按质量百分比计，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的原料包括：Cr粉8.0-10.0wt％、Al粉4.0-6.0wt％、含氧Ce粉0.21-1.0wt％(含氧Ce粉的质量分数为Ce粉和Ce粉中吸附的O的总质量分数，其中Ce粉0.2-0.8wt％)、Y2O3粉0.3-0.5wt％、Fe粉余量。
进一步地，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢以FeCrAl为基体，所述基体中弥散分布有具有核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒。
进一步地，所述核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒的内核为铈钇氧化物，外壳富集铬和铝；所述核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒的粒径为2-100nm。
本发明还提供一种上述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的制备方法，包括以下步骤：按照Cr粉8.0-10.0wt％、Al粉4.0-6.0wt％、含氧Ce粉0.21-1.0wt％(含氧Ce粉的质量分数为Ce粉和Ce粉中吸附的O的总质量分数，其中Ce粉0.2-0.8wt％)、Y2O3粉0.3-0.5wt％、Fe粉余量进行配料，其中的Cr粉、Al粉和Fe粉通过气雾化技术制备成FeCrAl预合金粉；将所述FeCrAl预合金粉与所述含氧Ce粉和Y2O3粉混合，球磨；将球磨后得到的合金粉烧结固化，得到所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢。
进一步地，所述FeCrAl预合金粉的粒径为1-10μm；所述Y2O3的粒径为50nm-1μm。
进一步地，所述含氧Ce粉由Ce粉通过氧吸附获得，所述含氧Ce粉中的氧的质量为Ce粉的5-25wt％，所述Ce粉的粒径为50nm-1μm。
进一步地，所述球磨的转速为220-350rpm，球料比为10:1-15:1，球磨方式为间歇式球磨，总工作时间为36-64h。
进一步地，所述间歇式球磨的具体进程为：每球磨30-120min，停机15-60min。
进一步地，所述球磨的压力为100-1000bar。
进一步地，所述球磨在高纯氩气保护气氛中进行。
进一步地，所述烧结固化采用分步烧结法进行，烧结进程为：在50-100MPa的压力下，首先升温至700-850℃，保温5-10min，随后升温至1000-1200℃，保温5-10min，然后降温至室温；所述升温和降温的速率均为50-120℃/min。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
以下实施例中使用的Cr粉的纯度为99.999％；Al粉的纯度为99.999％；Ce粉的纯度为99.999％，粒径为50nm；Y2O3粉的纯度为99.999％，粒径为50nm；Fe粉的纯度为99.999％。
以下实施例中含氧Ce粉的制备步骤即Ce粉氧吸附的步骤为：在容器中预先通入10min干燥氧气，然后将Ce粉(粒径为50nm)迅速放入容器中，持续通入干燥氧气，直至Ce粉增重5-25wt％。
实施例1
一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢的制备，步骤如下：
S1：按照Cr粉9wt％、Al粉4.5wt％、含氧Ce粉0.46wt％(其中Ce粉0.4wt％，O0.06wt％，即含氧Ce粉中氧的质量为Ce粉的15wt％)、Y2O3粉0.35wt％、Fe粉余量进行配料，其中的Fe粉、Cr粉和Al粉通过气雾化制粉技术制备成FeCrAl预合金粉，FeCrAl预合金粉的平均粒径为5μm。
S2：将步骤S1制得的FeCrAl预合金粉与配比量的含氧Ce粉和Y2O3粉在真空手套箱中进行混合，并装进球磨罐中，放入装配有气体增压装置的高能球磨机中进行球磨，罐内气压为500bar，球磨转速为300rpm，球料比为15:1，球磨方式为间歇式球磨，每球磨45min，停机15min，总工作时间为50h，球磨过程在高纯氩气保护气氛中进行。
S3：球磨结束后，将球磨后得到的合金粉装进模具，放入放电等离子体烧结炉中采用分步烧结法进行烧结固化，烧结进程为：在80MPa的压力下，以100℃/min的升温速率，首先升温至780℃，并保温8min，随后升温至1130℃，并保温8min，最后以100℃/min的降温速率降温至室温取出，得到耐腐蚀氧化物弥散强化钢(ODS-FeCrAl钢，简称ODS钢)。本实施例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr 8.96wt％、Al 4.38wt％、Ce 0.38wt％、Y0.28wt％、O 0.14wt％、C 0.0011wt％、Fe余量。
实施例1制备的耐腐蚀ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后的表面氧化物的截面形貌图如图1所示，可以看到其耐腐蚀性能优异，氧化层平均厚度为436nm(指外氧化层及内氧化层的总厚度，其中外氧化层主要成分为Al2O3，内氧化层主要成分是Cr2O3)。
实施例1制备的耐腐蚀ODS钢的高密度核壳结构纳米氧化物的透射电子显微结构高角环形暗场像图如图2所示。从图2中可以看到实施例1制备的耐腐蚀ODS钢中存在高密度的核壳结构纳米氧化物，其均匀分布在晶内和晶界上，平均粒径为7.42nm。
实施例1制备的耐腐蚀ODS钢的高密度核壳结构纳米氧化物的局部透射电子显微结构高角环形暗场像及其对应的X射线能谱面扫图如图3所示。从图3中可以看到实施例1制备的耐腐蚀ODS钢中存在的高密度核壳结构纳米氧化物颗粒的核成分为铈钇氧化物(Ce-Y-O)，壳区域(铈钇氧化物表面)富集铬和铝。
经测试统计，实施例1制备的耐腐蚀ODS钢的平均晶粒尺寸为0.36μm。分别参照GB/T 228.1-2010和GB/T 228.2-2015测试ODS钢在室温和700℃高温下的拉伸性能(下同)，经测定，实施例1制备的耐腐蚀ODS钢在室温下的屈服强度为838MPa，抗拉强度为1065MPa，延伸率为15.4％；在700℃下的屈服强度为216MPa，抗拉强度为278MPa，延伸率为19.2％。实施例1中ODS钢优异的力学性能主要来源于细晶强化作用和具有核壳结构的纳米氧化物的弥散强化作用。
实施例2
一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢的制备，步骤如下：
S1：按照Cr粉9.5wt％、Al粉5.0wt％、含氧Ce粉0.39wt％(其中Ce粉0.35wt％，O0.04wt％，即含氧Ce粉中氧的质量为Ce粉的12wt％)、Y2O3粉0.3wt％、Fe粉余量进行配料，其中的Fe粉、Cr粉和Al粉通过气雾化制粉技术制备成FeCrAl预合金粉，FeCrAl预合金粉的平均粒径为10μm。
S2：将步骤S1制得的FeCrAl预合金粉与配比量的含氧Ce粉和Y2O3粉在真空手套箱中进行混合，并装进球磨罐中，放入装配有气体增压装置的高能球磨机中进行球磨，罐内气压为600bar，球磨转速为320rpm，球料比为12:1，球磨方式为间歇式球磨，每球磨60min，停机30min，总工作时间为36h，球磨过程在高纯氩气保护气氛中进行。
S3：球磨结束后，将球磨后得到的合金粉装进模具，放入放电等离子体烧结炉中采用分步烧结法进行烧结固化，烧结进程为：在70MPa的压力下，以80℃/min的升温速率，首先升温至800℃，并保温6min，随后升温至1125℃，并保温6min，最后以80℃/min的降温速率降温至室温取出，得到耐腐蚀氧化物弥散强化钢(ODS-FeCrAl钢)。本实施例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr 9.46wt％、Al 4.88wt％、Ce 0.33wt％、Y 0.22wt％、O0.11wt％、C 0.0009wt％、Fe余量。
经测定，实施例2制备的耐腐蚀ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后的表面氧化层平均厚度为525nm(指外氧化层及内氧化层的总厚度，其中外氧化层主要成分为Al2O3，内氧化层主要成分是Cr2O3)，其耐腐蚀性能优异。
经测定，实施例2制备的耐腐蚀ODS钢的高密度核壳结构纳米氧化物的平均粒径为7.15nm。
经测试统计，实施例2制备的耐腐蚀ODS钢的平均晶粒尺寸为0.32μm。经测定，实施例2制备的耐腐蚀ODS钢在室温下的屈服强度为845MPa，抗拉强度为1088MPa，延伸率为16.5％；在700℃下的屈服强度为221MPa，抗拉强度为285MPa，延伸率为21.3％。
实施例3
一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢的制备，步骤如下：
S1：按照Cr粉9wt％、Al粉4.5wt％、含氧Ce粉0.39wt％(其中Ce粉0.35wt％，O0.04wt％，即含氧Ce粉中氧的质量为Ce粉的12wt％)、Y2O3粉0.3wt％、Fe粉余量进行配料，其中的Fe粉、Cr粉和Al粉通过气雾化制粉技术制备成FeCrAl预合金粉，FeCrAl预合金粉的平均粒径为5μm。
S2：将步骤S1制得的FeCrAl预合金粉与配比量的含氧Ce粉和Y2O3粉在真空手套箱中进行混合，并装进球磨罐中，放入装配有气体增压装置的高能球磨机中进行球磨，罐内气压为750bar，球磨转速为350rpm，球料比为15:1，球磨方式为间歇式球磨，每球磨60min，停机30min，总工作时间为48h，球磨过程在高纯氩气保护气氛中进行。
S3：球磨结束后，将球磨后得到的合金粉装进模具，放入放电等离子体烧结炉中采用分步烧结法进行烧结固化，烧结进程为：在70MPa的压力下，以80℃/min的升温速率，首先升温至825℃，并保温8min，随后升温至1135℃，并保温8min，最后以80℃/min的降温速率降温至室温取出，得到耐腐蚀氧化物弥散强化钢(ODS钢)。本实施例得到的ODS钢的成分组成为：Cr 8.93wt％、Al 4.45wt％、Ce 0.32wt％、Y 0.22wt％、O 0.10wt％、C 0.0012wt％、Fe余量。
经测定，实施例3制备的耐腐蚀ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后的表面氧化层平均厚度为408nm(指外氧化层及内氧化层的总厚度，其中外氧化层主要成分为Al2O3，内氧化层主要成分是Cr2O3)，其耐腐蚀性能优异。
经测定，实施例3制备的耐腐蚀ODS钢的高密度核壳结构纳米氧化物的平均粒径为8.16nm。
经测试统计，实施例3制备的耐腐蚀ODS钢的平均晶粒尺寸为0.28μm。经测定，实施例3制备的耐腐蚀ODS钢在室温下的屈服强度为852MPa，抗拉强度为1138MPa，延伸率为18.7％；在700℃下的屈服强度为225MPa，抗拉强度为295MPa，延伸率为25.6％。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤S1中按照Cr粉14wt％、Al粉4.5wt％、含氧Ce粉0.46wt％(其中Ce粉0.4wt％，O 0.06wt％，即含氧Ce粉中氧的质量为Ce粉的15wt％)、Y2O3粉0.35wt％、Fe粉余量进行配料，其它制备步骤均和实施例1相同。本对比例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr13.86wt％、Al 4.36wt％、Ce 0.37wt％、Y 0.27wt％、O0.14wt％、C 0.0011wt％、Fe余量。
经测试，对比例1制备的耐腐蚀ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后的表面氧化层平均厚度为416nm(指外氧化层及内氧化层的总厚度，其中外氧化层主要成分为Al2O3，内氧化层主要成分是Cr2O3)，其耐腐蚀性能优异。
经测定，对比例1制备的耐腐蚀ODS钢在室温下的屈服强度为762MPa，抗拉强度为932MPa，延伸率为7.8％；在700℃下的屈服强度为202MPa，抗拉强度为255MPa，延伸率为10.5％，其综合力学性能不如实施例1。这是由于较高含量的Cr使得材料在高温下脆性上升。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，步骤S1中按照Cr粉9wt％、Al粉4.5wt％、Ce粉0.4wt％、Y2O3粉0.35wt％、Fe粉余量进行配料，即原料Ce粉不做特殊氧吸附处理，而直接与FeCrAl预合金粉以及Y2O3粉进行球磨，其它制备步骤均和实施例1相同。本对比例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr 8.92wt％、Al 4.42wt％、Ce 0.37wt％、Y 0.28wt％、O0.08wt％、C 0.0011wt％、Fe余量。
经测试，在对比例2制备的ODS钢中观察到Ce-Y-O纳米氧化物颗粒，但并未在周围观察到壳结构。这是由于Ce粉未吸附O，导致Ce与Y2O3直接强烈反应结合，未发生含氧Ce与Y2O3的原位反应，难以形成核壳结构。
经测试，对比例2制备的ODS钢在室温下的屈服强度为815MPa，抗拉强度为1034MPa，延伸率为13.2％；在700℃下的屈服强度为208MPa，抗拉强度为259MPa，延伸率为17.6％，其综合力学性能不如实施例1。这是由于对比例2的ODS钢中具有核壳结构的纳米氧化物未形成或其数量明显下降，导致ODS钢的韧性下降。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，步骤S1中按照Cr粉9wt％、Al粉4.5wt％、Y2O3粉0.35wt％、Fe粉余量进行配料，即不添加Ce，其它制备步骤均和实施例1相同。本对比例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr 8.95wt％、Al 4.35wt％、Y 0.27wt％、O 0.09wt％、C0.0011wt％、Fe余量。
经测试，对比例3制备的ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后表面遭到破坏，内层没有形成连续的Cr2O3。这是因为ODS钢中未添加Ce，Cr向外扩散的能力下降，使得ODS钢在腐蚀环境中难以生成连续致密的Cr2O3保护膜，ODS钢耐高温腐蚀性能很差。
经测定，对比例3制备的ODS钢在室温下的屈服强度为797MPa，抗拉强度为925MPa，延伸率为16.3％；在700℃下的屈服强度为193MPa，抗拉强度为236MPa，延伸率为20.8％，其强度不如实施例1。这是由于ODS钢中未添加Ce，未形成铈钇纳米氧化物，导致纳米氧化物对ODS钢的弥散强化作用下降，ODS钢的强度降低。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，步骤S2中ODS钢的球磨过程在常压下进行，其它步骤均和实施例1相同。本对比例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr 8.97wt％、Al4.43wt％、Ce 0.38wt％、Y 0.27wt％、O 0.15wt％、C 0.0011wt％、Fe余量。
经测定，对比例4制备的ODS钢的平均晶粒尺寸为0.78μm。
经测试，对比例4制备的ODS钢在600℃高温空气环境中暴露5000h后表面遭到破坏，内层没有形成连续的Cr2O3。这是因为粉末在常压下进行球磨，导致ODS钢的晶粒尺寸更大，晶界密度降低，Cr扩散通道减少，使得ODS钢在腐蚀环境中难以生成连续致密的Cr2O3保护膜，ODS钢耐高温腐蚀性能很差。
经测定，对比例4制备的ODS钢在室温下的屈服强度为715MPa，抗拉强度为898MPa，延伸率为12.6％；在700℃下的屈服强度为186MPa，抗拉强度为224MPa，延伸率为16.5％，其综合力学性能不如实施例1。这是因为粉末在常压下进行球磨，导致ODS钢的晶粒尺寸更大，细晶强化作用下降。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于，步骤S3中在进行放电等离子体烧结的过程中，采用一步烧结法，即烧结的进程为：在80MPa的压力下，以100℃/min的升温速率，直接升温至1130℃，保温8min，然后以100℃/min的降温速率降温至室温取出，得到ODS钢(即跳过在780℃保温8min的步骤，其它参数均和实施例1相同)。本对比例得到的ODS-FeCrAl钢的成分组成为：Cr 8.94wt％、Al 4.46wt％、Ce 0.36wt％、Y 0.28wt％、O 0.15wt％、C 0.0012wt％、Fe余量。
经测定，对比例5制备的ODS钢的平均晶粒尺寸为0.37μm。ODS钢内部晶粒之间存在较多孔洞和缝隙，致密度不如实施例1。这说明在较低的温度先行保温一定时间(两步烧结法)并不会显著增加ODS钢的晶粒尺寸，但会促进球磨粉相互接触与贴合，球磨粉在该温度下相对较软，能够在到达最高温度前进行短距离移动，并形成烧结颈，有助于最终获得组织致密的材料。
经测试，对比例5制备的耐腐蚀ODS钢在室温下的屈服强度为724MPa，抗拉强度为923MPa，延伸率为9.5％；在700℃下的屈服强度为185MPa，抗拉强度为247MPa，延伸率为13.6％，其综合力学性能不如实施例1。这是因为一步烧结得到的ODS钢的组织致密度相对较低，存在一定孔洞等缺陷，导致其力学性能下降。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种耐腐蚀氧化物弥散强化钢，其特征在于，按质量百分比计，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的成分包括：Cr 8.0-10.0wt％、Al4.0-6.0wt％、Ce 0.2-0.8wt％、Y 0.2-0.4wt％、O 0.05-0.3wt％、C≤0.0016wt％、余量为Fe；
所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢的制备方法，包括以下步骤：
按照Cr粉8.0-10.0wt％、Al粉4.0-6.0wt％、含氧Ce粉0.21-1.0wt％、Y2O3粉0.3-0.5wt％、Fe粉余量进行配料，其中的Cr粉、Al粉和Fe粉通过气雾化技术制备成FeCrAl预合金粉；将所述FeCrAl预合金粉与所述含氧Ce粉和Y2O3粉混合，球磨；将球磨后得到的合金粉烧结固化，得到所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢；
所述球磨的转速为220-350rpm，球料比为10:1-15:1，球磨方式为间歇式球磨，总工作时间为36-64h；
所述间歇式球磨的具体进程为：每球磨30-120min，停机15-60min；
所述球磨的压力为100-1000bar；
所述烧结固化采用分步烧结法进行，烧结进程为：在50-100MPa的压力下，首先升温至700-850℃，保温5-10min，随后升温至1000-1200℃，保温5-10min，然后降温至室温；所述升温和降温的速率均为50-120℃/min。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀氧化物弥散强化钢，其特征在于，所述耐腐蚀氧化物弥散强化钢以FeCrAl为基体，所述基体中弥散分布有具有核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒。
3.如权利要求2所述的耐腐蚀氧化物弥散强化钢，其特征在于，所述核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒的内核为铈钇氧化物，外壳富集铬和铝；所述核壳结构的纳米铈钇氧化物颗粒的粒径为2-100nm。
4.如权利要求1所述的耐腐蚀氧化物弥散强化钢，其特征在于，所述FeCrAl预合金粉的粒径为1-10μm；所述Y2O3粉的粒径为50nm-1μm。
5.如权利要求1所述的耐腐蚀氧化物弥散强化钢，其特征在于，所述含氧Ce粉由Ce粉通过氧吸附获得，所述含氧Ce粉中的氧的质量为Ce粉的5-25wt％，所述Ce粉的粒径为50nm-1μm。
6.如权利要求5所述的耐腐蚀氧化物弥散强化钢，其特征在于，所述氧吸附的步骤包括：在容器中预先通入5-20min干燥氧气，然后将Ce粉迅速放入容器中，持续通入干燥氧气，直至Ce粉增重5-25wt％。
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