一种氧化物纳米颗粒有序分布的ODS钢及其制备方法

本发明涉及氧化物弥散强化钢制备，具体为一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢及其制备方法。

背景技术：

1、为满足全球对可持续能源日益增长的需求、降低对化石燃料的依赖性同时保持经济效益及能源系统可靠性，世界各国开始关注先进裂变能体系，新型清洁能源的需求也加快了聚变能的相关研究。低活化马氏体钢因其具有较低辐照肿胀和热膨胀系数、高热导率以及较好耐液态金属腐蚀能力，已成为快中子堆和聚变堆的主要备选结构材料。但是，该类材料仍存在高温强度不足、服役温度低、氦脆等问题。

2、为了解决这些问题，通过在马氏体或铁素体基体中引入弥散分布的高热稳定氧化物纳米颗粒来实现对位错和晶界的有效钉扎，进而大幅提高材料高温抗蠕变强度和抗辐照性能。这种材料被称为高性能氧化物弥散强化(oxide dispersion strengthened，ods)钢，特别是当应用于马氏体或铁素体基体时，称为ods马氏体钢或ods铁素体钢，它对于未来核能的安全高效利用具有重要意义。

3、现有的热处理工艺制备所得的ods钢中氧化物纳米颗粒通常在ods钢的基体中随机分布。尽管在低碳微合金高强钢中已实现了碳化物的有序分布，但由于碳化物与氧化物在热稳定性和钢中固溶度方面存在差异，低碳微合金高强钢中实现碳化物有序分布的成分设计原则及制备工艺并不适用于ods钢。

4、鉴于此，本发明旨在解决现有技术中存在的问题，提出一种能够实现氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢及其制备方法，以改善ods钢的力学性能并提供新的技术手段。

技术实现思路

1、本发明为了解决通过现有的热处理工艺制备所得的ods钢的微观组织特征单一、氧化物纳米颗粒无法实现有序分布的问题，提供了一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢及其制备方法。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：以cr、mn、fe为主要原料配制预合金化粉末，且预合金化粉末的主要原料的质量百分比为cr：8％～10％、mn：2％～3％，余量为fe，将预合金化粉末与y2o3纳米颗粒在球磨机中进行机械球磨，并采用氩气保护，得到球磨后的混合粉末，其中，y2o3纳米颗粒占球磨后的混合粉末的质量百分比为0.35％～0.5％；

5、s2：将球磨后的混合粉末装入不锈钢包套中，在450℃的温度下对不锈钢包套中的混合粉末进行脱气，直到不锈钢包套的真空度达到0.002pa；

6、s3：将真空度达到0.002pa的不锈钢包套封焊，放入热等静压设备中进行固化成型，加热速率为5℃～10℃/min，成型温度为1150℃，保温时间为3h，成型压力为150mpa，随炉冷却至室温后，得到氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢。

7、进一步地，所述预合金化粉末的原料还包括ti，且其质量百分比为0.05％～0.2％。

8、进一步地，在球磨机中球料比为10:1。

9、进一步地，在球磨机中球磨转速为250r/min。

10、进一步地，在球磨机中球磨时间为30h。

11、一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢，该ods钢是基于上述的一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法获得的。

12、本发明的关键在于预合金化粉末的原料组成设计、热等静压的工艺参数。预合金化粉末的主要原料及质量百分比为cr：8％～10％、mn：2％～3％，余量为fe，决定了球磨且脱气后的混合粉末会在热等静压成型过程中，通过高温加热过程发生奥氏体相变，通过冷却过程发生铁素体相变及马氏体相变；不同于以往的ods钢合金成分，本发明中将mn含量提升至了2％～3％，对相变过程中相界面的移动速率产生重要影响。预合金化粉末的原料组成设计决定了热等静压成型过程中能否发生奥氏体相变及奥氏体相变发生的快慢，而热等静压成型过程中的加热速率决定了加热过程中在奥氏体-铁素体两相区停留时间的长短，影响着奥氏体相变的快慢。奥氏体相变越慢，奥氏体/铁素体界面迁移速率越低，越有利于界面前沿氧化物纳米颗粒的溶解，溶解的钇原子和氧原子在移动界面上偏聚，当溶解的钇原子和氧原子达到饱和时，以氧化物纳米颗粒的形式重新析出，形成氧化物纳米颗粒的有序分布。

13、本发明通过前期对ods钢进行一定的原料组成设计和制备工艺调整，即可获得氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢，成本较低，工艺简单，目的性强，为调控ods钢中氧化物纳米颗粒分布状态提供了新的技术手段，对进一步改善ods钢的高温强度和抗辐照性能具有重要意义。

1.一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法，其特征在于：步骤s1中：所述预合金化粉末的原料还包括ti，且其质量百分比为0.05％～0.2％。

3.根据权利要求1所述的一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法，其特征在于：步骤s1中：在球磨机中球料比为10:1。

4.根据权利要求1所述的一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法，其特征在于：步骤s1中：在球磨机中球磨转速为250r/min。

5.根据权利要求1所述的一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法，其特征在于：步骤s1中：在球磨机中球磨时间为30h。

6.一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢，该ods钢是基于如权利要求1～5任意一项所述的一种氧化物纳米颗粒有序分布的ods钢的制备方法获得的。