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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