论文部分内容阅读
低活化氧化物弥散强化铁素体/马氏体钢（ODS RAFM）因其具有较低的辐照肿胀率、热膨胀系数和较高热导率以及良好的机械性能，被选为聚变反应堆第一壁和包壳的首选结构候选材料。采用粉末冶金方法制备ODS钢过程中纳米氧化物弥散相在母材中的均匀分散问题和低温脆性问题没有得到很好解决，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，且工艺复杂不易实现工业化生产。“氧化物冶金技术”通过合适的合金化工艺使钢中生成细小、弥散的氧化物粒子，以提高钢材的强度与韧性。现已成为制备ODS钢的另一优选方案。 本文首先针对钢中有效Y-Ti-O粒子形成工艺进行了研究，分别探讨了采用内部析出法和外部加入法时Y/Ti合金化顺序、孕育时间和冷却速度对钢中夹杂物的影响。采用优选粒子形成工艺在感应炉上对ODS钢制备工艺进行了探索，采用金相显微镜、SEM和TEM对钢中夹杂尺寸、数量和种类进行了研究，并进行了力学性能测试;最后对热处理工艺—淬火速度对钢中夹杂物及组织性能的影响进行了研究。通过上述研究，得到以下主要结论: (1)钢中有效粒子形成工艺研究表明，内部析出法和外部加入法相比，钢的纯净度更高，夹杂物尺寸更细小，更易于形成ODS钢中所需强化粒子Y-Ti-O相。较快的冷却速度有利于夹杂物细化，且有少量可起到细化晶粒作用的TiN的析出。水冷工艺在夹杂物尺寸、数量、成分及分布上均优于油冷和空冷工艺，且孕育10min后即可趋于稳定，利于缩短合金化时间。采用内部析出的Si-Mn+Ti+Y合金化工艺时，初始水冷试样中夹杂物平均直径为0.90μm，单位面积夹杂物数量为401个/mm2，夹杂物主要为Y-Ti-O相，是优选的有效粒子形成工艺。 (2)感应炉直接合金化研究表明，内部析出工艺制备ODS钢是可行的。钢中单位体积夹杂物数量为2.69×1019个·m-3，接近于机械合金化+粉末冶金工艺制备水平，夹杂物为Y2O3或者Y-Ti-O相。Ti的加入可以有效地促进碳化物的析出。Y、Y-Ti合金化钢常温拉伸抗拉强度分别为640MPa、700MPa，650℃抗拉强度分别为254MPa、279MPa。 (3)热处理工艺研究表明，淬火速度越高，钢中夹杂物平均直径越小，较高的淬火速度有助于硅酸盐及TaC的析出。空气冷却淬火钢中夹杂物平均直径为0.63μm，该合金的显微硬度为237HV，常温抗拉强度为700MPa，延伸率为20.1％，常温冲击aKV值31.9J/cm2。盐水（质量分数10％）淬火钢中夹杂物平均直径为0.57μm，淬火后钢的硬度为266HV，常温抗拉强度为708MPa，延伸率为16％，常温冲击aKV值70.2J/cm2。