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高温强度优异的弥散强化型钢研究
日期:2019-12-12 23:02:53    阅读:

    高温强度优异的弥散强化型钢研究

    运用弥散强化原理,利用高强度的微细第二相粒子,主要是氧化物颗粒,可使钢材获得高的高温强度,由此开发的弥散强化型钢在快中子增殖反应堆、核聚变反应堆、火力发电等需要优良高温强度及蠕变强度的领域有重要应用。

    核反应堆,特别是快速反应堆,以往主要使用奥氏体系不锈钢,但该材料在耐膨胀和耐辐照性能上不够理想。另一方面,如果采用马氏体系不锈钢,虽然耐辐照性能很好,但高温强度却过低。基于此,最近,日本核燃料循环开发机构发明了一种高温强度优异的马氏体系氧化物弥散强化型钢,其成分为:C0.05-0.25%、Cr8.0-12.0%、W0.1-4.0%、Ti0.1-1.0%、Y2O30.1-0.5%、余量为Fe。这种材料既能保持马氏体系不锈钢的耐辐照性能,又具有足够高的高温强度。

    该发明的关键点是着眼于氧化物弥散强化型钢的高温强度与其所含的过剩氧量之间的密切关系。他们注意到,必须把钢中的过剩氧量调整与控制在一定的范围内,才能切实保证细小氧化物颗粒的均匀分布,从而保证所需的高温强度。

    该发明主要采取的措施,一是在成分上准确地调整与控制所加的钛含量,其结果是使得钢中氧化物颗粒高度细密化,明显提高了该钢材的高温强度和蠕变性能;二是在用机械合金化处理原料粉末的过程中,采用超高纯度(99.9999%以上)的Ar气氛,减小搅拌能量,抑制混入到钢中的氧量,从而达到使过剩氧量限制在规定范围内的目的。

    虽然弥散强化钢具有较高的高温强度,但它通常需要通过复杂昂贵的机械合金化和粉末冶金的方法制作。近年来,日本早稻田大学提出了将固体氧化物或硫化物粉末从外部添加到钢水中去并使之均匀分布的方法来制备弥散强化型钢。这种方法设备较简单,强化效果明显,引起注意,被称为“喷射弥散法”。

    这种方法的冶炼工艺基本上与一般炼钢一样,所不同的是,在钢水中添加了弥散控制元素。在注入锭模时,利用等离子体喷镀用的喷粉器将固体氧化物或硫化物粉末用氩气喷射进钢水,形成弥散混合体,最后形成弥散强化型钢。

    这种新方法的关键是添加弥散控制元素。所谓弥散控制元素,区别于直接以合金化,形成第二相颗粒为目的的元素,是专门指为了控制氧化物颗粒均匀弥散分布而添加的元素。其原理是减少钢水与颗粒的界面能,使第二相颗粒与钢水的浸润程度加大,从而避免颗粒的聚集和粗化。

    该大学先在一般碳钢中进行试验,然后发展到18-8不锈钢。试验证明,这种方法制备的18-8不锈钢可与高性能耐热钢相比美。在之后,他们又开发出硫化物弥散钢,性能更好。

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