含硅9Cr-ODS钢设计与性能研究
ODS钢研究进展及其在核电领域的应用现状
ODS钢研究进展及其在核电领域的应用现状陈禹希;陈东旭;张峻巍【摘要】氧化物弥散强化钢(Oxide Dispersion Strengthened Steel,ODS钢),具有优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能.本文概要地综述了机械合金化、热等静压固化成形、等离子烧结及转角挤压等ODS钢的制备方法,总结了微观组织及结构对ODS钢性能的影响规律及影响机制,又综述了合金元素对ODS钢性能影响的相关研究进展;并对ODS钢在核电领域中的应用及相关研究进展进行了概括,介绍了激光技术在ODS钢制备及加工领域的应用,讨论了ODS钢在核电环境服役过程中存在的主要问题及进一步的研究方向,为核电站的安全运行提供有力的参考依据,对于核电材料的创新发展具有一定的参考作用.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2019(027)003【总页数】6页(P29-34)【关键词】氧化物弥散强化;核电材料;机械合金化;抗辐照损伤;激光【作者】陈禹希;陈东旭;张峻巍【作者单位】辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051【正文语种】中文【中图分类】TG406核能作为一种高效、清洁并且稳定的能源，对于解决能源危机和改善环境污染等问题意义重大，已成为当前主要的可靠能源之一.核电运行环境十分苛刻，其核心构件都是在高温及高压的环境下运行，如常见的压水堆(pressure water reactor，PWR)和超临界水堆(supercritical watercooled reactor，SCWR)等，其工作温度高达280～650℃，压力最高可约达25 MPa，同时还有强烈的中子辐照、氘氚聚变反应的离子辐照和H+/He+辐照等［1－3］，如此苛刻的环境会对核电材料的服役性能产生重大影响.而核电材料在服役过程中的失效损伤是影响核电站安全性、可靠性和经济性的关键问题之一.可以说，核电材料服役过程中的环境损伤问题严重影响着核电的发展，已经受到了学者们越来越多的关注.目前，关于核电关键部位材料的开发和选用是核电系统及相关研究人员主要关注的问题之一.氧化物弥散强化钢(oxide dispersion strengthened steel，ODS钢)，具有优异的力学性能，其原理是通过大量纳米尺寸的氧化物弥散强化相对基体中的位错和晶界进行钉扎来减少晶界的滑移，从而起到强化的作用.另一方面，ODS钢中存在大量弥散分布的氧化物强化相，这些强化相具有优异的高温稳定性，可以在大量的离子及中子辐照环境下长期保持较高的性能.鉴于其优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能，ODS钢有望作为第四代核反应堆的第一壁包壳材料及高温结构件材料而被应用于核电站中［2－5］.1 ODS钢研究现状1.1 ODS 钢简介ODS钢是在合金基体中添加纳米尺寸的第二相(强化相)，使其固溶到合金基体中，在之后的热固化成型和热处理中与基体中的合金元素结合形成纳米尺度的弥散强化相，使合金的性能得以提高.目前，ODS钢主要使用氧化物作为强化相，其中最常见的氧化物弥散强化相为Y2 O3.由于Y2O3的高温稳定性及辐照下的稳定性十分优异，因此被广泛应用于ODS钢中.关于ODS钢的强化机制，目前认为其主要是通过固溶强化、弥散强化、晶界强化及位错强化等方式来提高自身的强度与硬度.由于ODS钢本身存在W、Ti等与基体原子半径相差较大的元素，从而引起较大程度的晶格畸变，最终导致强度与硬度的提高.此外，氧化物弥散强化相的加入可以起到阻碍位错运动的作用，如ODS钢制备过程中由于塑性变形产生的大量位错会在弥散相的作用下形成位错缠结，使位错的可动性降低，从而形成位错强化，使材料的强度与硬度得以提高.同时，这些弥散分布的氧化物颗粒在高温下能保持良好的稳定性，进而通过阻碍晶界的滑动达到提高材料高温强度的目的.1.2 ODS钢制备方法研究进展ODS钢的制备工艺直接决定其性能优劣，并且是其能否被广泛应用的前提.传统的ODS钢制备过程是通过机械合金化方法实现.首先，将纳米尺寸的强化相(一般为Y2 O3)粉末加入到合金粉末中，在球磨机中进行机械合金化球磨处理，使Y2 O3固溶到合金基体中.随着球磨的进行，合金粉末逐渐发生团聚，团聚的粉末颗粒随球磨时间的延长而逐渐细化并转变为尺寸约十几微米的等轴晶粒，此时认为合金粉末之间达到了冷焊－断裂的动态平衡［6］.然而，传统机械合金化的方法存在一些缺点，如球磨时间过长，效率较低，容易引入杂质，预合金粉末在较长时间的球磨下会发生一定程度的氧化，并且所添加的元素含量也存在一定的限制，因此，又发展出热挤压(HE)或热等静压(HIP)方法对球磨后的合金粉末进行热固化成型.利用HE成型的ODS钢致密度较高，但存在各向异性;而通过HIP成型的ODS钢避免了各向异性，但致密度相对较差.此外，有研究发现［7－8］，经 HE 成型的 ODS钢比 HIP 成型的 ODS钢抗拉强度和硬度更高，且氧化物强化相弥散分布均匀程度更高.如图1所示［7］，室温下HE成型ODS钢的极限抗拉强度(σb)为2 500 MPa，明显高于HIP成型的ODS的σb(900 MPa).图1 ODS铁素体钢经HE和HIP后极限抗拉强度Fig.1 UTStest for the ODSferritic steels after HE and HIP除了上述两种常用的成型方法，ODS钢的固化成型方法还包括放电等离子烧结(SPS烧结)、等通道转角挤压(ECAE)及微波烧结等.表1给出了几种ODS钢固化成型常用方法的特点，可以看出:SPS烧结法最主要的特点是加热时间较短，效率较高，并且制备出的烧结体致密度较高［9］;ECAE法的主要特点是富Cr颗粒会得到有效的细化，并且Y2O3纳米颗粒分布更均匀，由于晶粒细化作用，材料硬度得到了提高［10］;微波烧结能有效降低烧结温度，减少烧结时间，这不仅可以降低烧结成本，而且由于烧结时间短，晶界的流动性低，不容易诱发晶粒的大幅度长大，所以，获得的晶粒相对来说更为细小［11－12］.表1 几种ODS钢固化成型方法的特点Table 1 Characteristics of ODS steels after several kinds of solidification成型方法特点SPS烧结加热时间短、烧结体致密度高ECAE Y2 O3纳米颗粒分布均匀、材料的硬度较高微波烧结晶粒较细小随着ODS钢制备方法的不断改进，近年来已出现了很多新工艺来弥补和改善传统机械合金化方法的不足和局限性［13－16］.Gil等［13］利用气雾化(GA)法制备ODS－RAF钢，避免了球磨过程中杂质的引入.Sun等［14］将强化相用化学方法添加到基体金属中，再利用机械球磨将粉末混合均匀，随后进行SPS烧结压实最终制备出ODS合金.该方法制备的ODS合金中氧化物质点分布更均匀，杂质引入较少.Chen等［15］利用退火后的二次球磨处理使ODS合金晶粒得到进一步细化，获得更加细小且均匀的弥散相，从而提高了合金的硬度.Lin等［16］利用电子束物理气相沉积(EBPVD)的方法制造出Y质量分数高达8.5%的ODS钢，该ODS钢的纳米强化相主要是bcc结构的Y2 O3，不存在Y－Al－O纳米相，而且材料的硬度随Y2O3含量的增加而增大，这种方法对于铸造ODS钢薄板和管材有巨大的潜力.上述关于ODS合金加工制备方法的研究工作为更优质的ODS钢的制备提供了新的实践和理论基础.1.3 微观组织、结构对ODS钢性能的影响ODS钢主要依靠氧化物弥散相实现强化，因此，ODS钢中强化相的微观组织、结构及分布等均会对其自身性能有显著影响［17－19］.Sakasegawa等研究发现［17］，在ODS钢基体晶粒内部和晶界处，均匀分散着尺寸由几纳米到几百纳米不等的氧化物析出相.这些氧化物的析出相主要有两种形式:一种是非化学计量比的Y－Ti－O纳米团簇，尺寸一般为几纳米;另一种是化学计量比的Y2Ti2O7和Y2TiO5，尺寸一般为几十纳米，同时还存在着一些大尺寸(几百纳米)的团簇.这些析出相弥散而又均匀地分散在ODS钢基体中，能起到钉扎位错和晶界，并防止位错和晶界滑移的作用.此外，Hoffmann等［18］对 ODS钢的研究发现，在ODS 钢制备过程中，基体晶粒的长大和氧化物强化相颗粒的形成之间存在着竞争关系，氧化物颗粒的形成会阻碍晶粒的进一步长大.Zhang等［19］对不同温度下ODS 钢中的位错进行了研究，结果表明，位错的密度随温度的变化而改变.在室温和300℃时，ODS钢中以刃型位错为主，其密度远高于螺型位错，而刃型位错经螺型位错更容易绕过纳米颗粒，所以当温度升高为600℃时，刃型位错显著减少，螺型位错占主导地位，同时位错的密度有所降低.1.4 合金元素对ODS钢性能影响ODS钢中的主要合金元素包括Cr、W、Ti、Mo及Al等，不同的合金元素及合金元素的添加量对ODS钢组织与性能的影响也不尽相同.表2给出了ODS钢中的几种主要合金元素及其作用.其中，Cr的添加能使ODS钢表面在服役过程中生成尖晶石组成的保护性氧化膜，阻止腐蚀的进一步发展进而提高ODS钢的耐蚀性能.同时，添加一定量的Cr会使纳米析出相的尺寸进一步减小，缩小粒度分布［20］.但Cr的添加量并不是越多越好，一般Cr的质量分数为9% ～16%，含量太少达不到要求的耐蚀性，含量过多会造成材料的老化、脆化.Al的添加会使ODS钢在超临界水堆中的氧化膜厚度增加，从而提高ODS钢的耐超临界水腐蚀能力［21］;Ti 的添加可以促进ODS钢热固化成型和后续热处理中纳米氧化物的析出.表2 ODS钢主要合金元素作用Table 2 Effects of main alloying elements in ODSsteel添加元素作用Cr 增加ODS钢的耐蚀性能、减小纳米析出相的尺寸、缩小粒度分布Al 提高ODS钢耐超临界水腐蚀能力Ti 促进纳米氧化物的析出、细化纳米氧化物颗粒的尺寸W、Co 固溶强化、提高ODS钢的强度、硬度和蠕变断裂强度基体中的Y和O与Ti结合，生成Y－Ti－O纳米析出相，并且Ti的添加会起到细化纳米氧化物颗粒的作用［20］.另外，研究表明［22］，Ti的质量分数一般不能超过0.5%，否则多余的Ti会生成TiO2氧化物而导致材料的脆化;W、Co等元素的添加起到固溶强化的作用，提高合金的强度、硬度和蠕变断裂强度;Y2O3作为ODS钢的强化相，一般添加的质量分数为0.3%～0.35%.由于Y2O3有相对较高的高温稳定性，在较高的温度下不易发生溶解，经常作为ODS钢的主要弥散强化相.但近年来越来越多的研究［23－26］开始关注其他添加元素对ODS钢组织和性能的影响.研究表明:用Fe2Y代替Y2O3作为强化相会使ODS钢有更好的夏比冲击性能［23］;而以YTaO4作为纳米弥散相更能保持整个晶格的连续性［24］;在ODS钢中添加质量分数3.3%～3.8%的Al会提高材料在液态铅－铋中的耐蚀性［25］，添加质量分数1%～4%的Sc能明显稳定晶粒尺寸并提高ODS 钢的高温强度［26］.2 ODS钢耐蚀性的研究作为第四代核反应堆的第一壁包壳材料，ODS钢主要应用于超临界水堆中.由于ODS钢中添加了大量的Cr和一定量的Al，在工作过程中会产生阻止腐蚀进一步发展的氧化层.同时，晶粒尺寸细化和Y－Ti－O纳米弥散相有利于氧化膜的形成，这也决定了ODS钢较高的耐蚀性［27－28］.研究表明，在腐蚀过程中该氧化层主要由内层、外层和过渡层3部分组成，而ODS钢中Al元素的存在直接影响了氧化层成分.当ODS钢表面发生腐蚀时，首先形成的是Fe、Cr尖晶石状的保护性氧化层，随着时间的增加，Fe离子在尖晶石结构中的扩散速率较快，逐渐向外扩散到金属表面，与环境中的O结合，生成Fe3O4的外层氧化膜.而由于Cr离子在尖晶石结构中的扩散速度较慢，使Cr离子沉淀在氧化层内部，形成FeCr2O4的内层氧化膜.当ODS钢中含有Al元素时，腐蚀初期同样形成尖晶石结构的保护性氧化层，Fe 离子向外扩散与环境中的O结合形成Fe3O4的外层氧化层，而Al与O的亲和力比Fe、Cr都要强，所以，在氧化膜的内层形成了Al2 O3的保护性氧化层［21］.然而，Nagini等［29］和 Terada 等［30］认为，由于氧化物的弥散分布，纳米析出相容易产生点蚀，所以，ODS钢的耐蚀性要比铁素体AISI430和马氏体410不锈钢差.3 ODS钢在核电站中的应用在超临界水堆环境中，主要分为快中子区和热中子区，其最高温度可达750℃，尤其是堆芯内部构件如包壳等，都承受着200℃以上的温差和巨大载荷.在如此恶劣的工作环境下，决定材料使用寿命的主要性能有高温蠕变性和抗辐照性能.由于服役温度达到材料熔点的0.5～0.7倍时容易导致蠕变的发生，所以，超临界水堆条件下材料极易发生蠕变.ODS钢由于其存在大量的纳米尺度的弥散强化相，能在高温条件下长时间保持稳定性，阻止位错的运动，在很大程度上减小高温蠕变的发生;而长期的辐照环境会改变材料的微观结构，从而导致材料发生肿胀、脆化，降低材料的使用性能［31］.核电用钢在工作中承受大量的中子辐照，会产生许多空位等缺陷，He进入材料中的空位中形成He泡，引起材料的辐照肿胀，对材料的微观结构和性能造成不利的影响.李融武等［32］对聚变堆中子对第一壁316不锈钢材料辐照损伤进行了计算机模拟研究，结果表明，中子引起的辐照损伤基本上为均匀的体损伤.316不锈钢平均氦气产生率较高，引起材料的辐照损伤.为保障核电用钢使用的安全性及长久性，通常选用具有良好高温强度和抗辐照损伤性能的铁素体钢作为核电站的第一壁包壳管材料.而在铁素体钢中添加弥散相的ODS钢，由于大量的纳米氧化物和位错会持续吸收热空位和He原子捕捉He泡，所以，ODS钢对于H+/He+有很好的抗辐照性能［33］.此外，钢中大量弥散氧化物还会在高温下保持很好的稳定性，不发生溶解，这使ODS钢具有相对于普通核电用钢更好的高温性能［34］.但在Bi离子、Xe离子、Ar离子和Kr离子中会诱发Cr23 C6和Y－Ti－O非晶潜在轨道的形成，并与周围基质相互作用，可能导致合金中Y－Ti－O纳米粒子部分或完全溶解，所以，ODS 钢在其他离子中的辐照稳定性不是很好［35］.正因为上述的这些特点，ODS钢成为目前研究的热点之一，有望作为第四代核反应堆(主要是超临界水堆)的第一壁包壳材料.4 存在的问题及展望综上所述，ODS钢是第四代核电最热门的候选材料之一，但由于特殊的工作环境，对ODS钢的性能也提出了更为苛刻的要求.目前，关于ODS钢的开发及研究还存在一些问题.例如，ODS钢的制备工艺有待进一步完善，如何选择并控制纳米尺寸氧化物的形貌、结构及分布等是制备优质ODS钢的关键.纳米尺寸氧化物分布的均匀程度直接决定了ODS钢的各项性能，是目前ODS钢制备过程中研究的重点之一.ODS钢制备时，要保证纳米氧化物在溶入基体和析出的过程中尽可能地减少杂质的引入，避免较大范围的团聚，避免发生过度长大，并且使强化相主要分布于晶粒的内部.目前，由传统的加工工艺制造的ODS钢晶粒尺寸普遍偏大，这对材料的力学性能和耐蚀性能都有一定的影响.晶界是原子扩散的通道，只有细化晶粒才能使材料在发生腐蚀时，合金元素快速扩散到材料表面，形成保护性的氧化膜，阻止腐蚀的进一步发展.此外，更加细小的颗粒更能阻碍位错的运动，阻止裂纹的进一步扩展，提高材料的使用性能［36］.而激光快速凝固技术是提高材料性能的有效手段，当高能激光辐照在材料表面，会产生材料的超快速熔化与凝固(激光快速熔凝技术)，可在基材表面形成一层由细小晶粒组成的过饱和固溶体组织，使材料表面的组织得到细化，性能得以提高.另一方面，ODS钢在核电运行环境中的耐蚀性能相关研究较少，如在超临界水堆的高温高压水腐蚀条件下的耐蚀性研究、在冷却剂Na和Pb－Bi共晶合金体系中的耐蚀性研究、H+和He+辐照条件下的抗辐照性能研究以及经快中子辐照后ODS钢性能的研究等.因此，必须发展先进有效的加工手段来制备出性能优异的ODS钢.同时，还需对其在模拟核电运行环境下的性能尤其是耐腐蚀能力进行深入研究，获得ODS钢在核电运行环境下损伤实验数据，揭示相关的损伤机理并阐明其环境损伤的控制因素，为核电站的安全运行提供有力的保障.参考文献:【相关文献】［1］ HAN E H.Research trends on micro and nano-scale materials degradation in nuclear power plant［J］.Acta Metallurgica Sinica，2011，47(7):769－776.［2］朱发文.超临界水冷堆堆芯候选材料腐蚀性能研究［D］.上海:上海交通大学，2010:2－11.ZHU 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表面粗糙度对氧化物弥散强化钢板高温蠕变性能的影响
理伯趙验-物锂分册PTCA(PART A:PHYS.TEST.)C试验与研究DOI：10.11973/lhjy-wl202201001表面粗糙度对氧化物弥散强化钢板高温蠕变性能的影响齐海东|,梅健远打宋西平I,张禧，(1.北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083；2.北京科技大学自然科学基础实验中心.北京100083)摘要:采用高温原位疲劳试验机对氧化物弥散强化(ODS)钢板进行高温蠕变试验，分析了表面粗糙度对ODS钢板高温蠕变性能的影响。
结果表明：随着表面粗糙度的减小,ODS钢板的稳态蠕变速率减小，蠕变寿命延长,试验后钢板表面裂纹数量减少;ODS钢板表面裂纹是由其表面纵向分布的划痕与横向分布的滑移线相互作用形成的，随着时间的延长，裂纹扩展、相互连接,最终导致钢板断裂。
关键词:表面粗糙度；ODS钢；高温蠕变中图分类号:TL341文献标志码：A文章编号:1001-4012(2022)01-0001-04Effect of surface roughness on high temperature creep property ofoxide dispersion-strengthened steel plateQI Haidong1,MEI Jianyuan1・SONG Xiping1,ZHANG Bei2(1.State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China；2.Basic Natural Science Experimental Center,University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China)Abstract:The high temperature creep test of oxide dispersion-strengthened(ODS)steel plate was carried out by high temperature in-situ fatigue testing machine,and the influence of the surface roughness on the high temperature creep performance of ODS steel plate was analyzed.The results showed that with the decrease of surface roughness,the steady-state creep rate of ODS steel plate decreased,the creep life extended,and the number of surface cracks of steel plate after test decreased.The surface cracks of ODS steel plate were formed by the interaction of the longitudinally distributed scratches on the surface and the laterally distributed slip lines.With the extension o£time,the cracks propagated and connected to each other,eventually caused steel plate to break.Keywords:surface roughness；ODS steel；high temperature creep氧化物弥散强化(Oxide Dispersion-Strengthened,ODS)钢是一种新型的结构材料，因其具有优异的高温性能和抗辐照性能，常用于反应堆结构材料〔阖，尤其在替换错合金作为包壳材料方面,ODS钢的使用温度(500〜700°C)比皓合金(280-320°C)的高。
9cr化学成分
9cr化学成分9Cr化学成分1. 引言9Cr是一种重要的合金钢材料，由于其优异的耐蚀性和高温强度，广泛应用于石油、化工、能源和航空等领域。
本文将介绍9Cr合金钢的化学成分及其在不同领域中的应用。
2. 化学成分9Cr合金钢的化学成分主要包括碳(C)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、锰(Mn)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)和铁(Fe)。
其中，碳是提高合金钢硬度和强度的关键元素，铬是增加合金钢耐腐蚀性的主要元素，钼和钒则能提高合金钢的高温强度和耐磨性。
3. 应用领域3.1 石油工业9Cr合金钢在石油工业中得到广泛应用，主要用于油井套管和油气输送管道。
由于其高强度和耐蚀性，能够承受高温高压的工作环境，保证石油开采和输送的安全可靠。
3.2 化工工业由于化工工业中存在较为复杂的腐蚀介质，9Cr合金钢也被广泛应用于化工设备的制造。
例如在酸碱槽、反应器和储罐等设备中使用9Cr合金钢，能够有效抵抗腐蚀，延长设备的使用寿命。
3.3 能源领域9Cr合金钢在能源领域中的应用主要体现在发电设备和核电站的建设中。
高温高压下，9Cr合金钢能够保持较好的强度和耐蚀性，确保发电设备的安全运行。
3.4 航空航天航空航天领域对材料的要求非常严苛，9Cr合金钢由于其高强度和耐蚀性，在航空航天中也得到了广泛应用。
例如制造飞机发动机的叶片、涡轮盘和涡轮轴等部件，都需要使用高强度的9Cr合金钢。
4. 总结9Cr合金钢由于其优异的耐蚀性和高温强度，在石油、化工、能源和航空等领域中得到了广泛应用。
其化学成分中的碳、铬、钼和钒等元素起到了关键作用，使得9Cr合金钢具备了出色的性能。
随着科技的不断发展，9Cr合金钢的应用前景将更加广阔，为各个行业的发展提供了可靠的材料基础。
不锈钢9cr成分表
不锈钢9cr成分表
摘要：
一、不锈钢9cr的概述
二、不锈钢9cr的成分及性能
三、不锈钢9cr的应用领域
四、不锈钢9cr的加工与制造工艺
五、不锈钢9cr的优缺点分析
六、结论
正文：
不锈钢9cr是一种高合金不锈钢,主要由铬、镍、钼、钨、钴等元素组成。
其成分及性能如下:
不锈钢9cr的成分主要包括:碳(C)≤0.09%,硅(Si)≤1.00%,锰(Mn)≤2.00%,铬(Cr) 17.00%-19.00%,镍(Ni) 8.00%-10.00%,钼(Mo) 3.00%-4.00%,钨(W) 2.00%-2.50%,钴(Co)≤1.00%。
这些成分使其具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、高温强度和耐磨损性。
不锈钢9cr广泛应用于制造高温、高压、高强度、耐磨、耐腐蚀的零部件和设备,例如化工、石油、航空航天、汽车、医疗等领域。
不锈钢9cr的制造工艺主要包括热轧、冷轧、热处理、机加工等。
其中,热处理是提高不锈钢9cr性能的关键工艺,可以使其具有更好的耐腐蚀性和耐磨性。
不锈钢9cr具有许多优点,例如高强度、耐腐蚀、耐磨损、高温强度等。
但
是,它也有一些缺点,例如加工难度大、成本高等。
因此,在选择不锈钢9cr时,需要根据具体需求进行综合考虑。
综上所述,不锈钢9cr是一种具有优异性能的高合金不锈钢,广泛应用于制造高温、高压、高强度、耐磨、耐腐蚀的零部件和设备。
ODS铁素体钢的研究进展_章林
第27卷 第4期Vo l 127 No 14材 料 科 学 与 工 程 学 报Jo urnal o f Mater ials Science &Eng ineer ing 总第120期Aug.2009文章编号:1673-2812(2009)04-0639-06ODS 铁素体钢的研究进展章 林,曲选辉,何新波,段柏华,秦明礼(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)=摘 要> ODS 铁素体钢具有优异的抗辐照肿胀性和高温蠕变性能,可用作快反应堆的第一壁和包层材料。
本文介绍了OD S 铁素体钢的制备工艺和存在的主要问题。
重点阐述了Y 2O 3颗粒的溶解/析出机制、影响残余A -Fe 形成的因素(EX .O 和T i 的含量)及残余A -F e 对高温蠕变性能的影响。
分析了在制备薄壁包层管时中间热处理的重要性,并讨论了再结晶热处理、马氏体相变和A y C 相变三种方法来消除OD S 铁素体钢的各向异性。
=关键词> 氧化物弥散强化;铁素体钢;蠕变性能;机械合金化中图分类号:T L61.3 文献标识码:AResearch Progress of ODS Ferrite SteelsZHANG Lin,QU Xuan -hui,HE Xin -bo,DUAN Ba-i hua,QIN Ming -li(School of Materials Science and Engineering,Beijing University of Science and Technology,Beijing 100083,C hina)=Abstract > Ox ide dispersion str eng thened (O DS)fer rit e steels ex hibit ex cellent radiatio n resistance and sig nificantimprov ement o f high temper atur e creep streng th.It is r egar ded as an att ractiv e candidate fo r advanced fast r eacto r fuel cladding and the first w all of t he fusio n reacto r.In this paper ,the fabricatio n pro cess and the main difficulties co nfr onted w ith ODS fer rite steels w ere intr oduced.T he main focus w as on the disso lution/pr ecipitatio n o f Y 2O 3,the facto rs influencing the format ion o f residual A -Fe and the creep resistance of ODS steels.A dditionally,the importance o f inter mediate heat treatment during cold rolling of thin w all cladding tubes was discussed.F inally,t hr ee kinds of methods including recr ystallizatio n,martensitic tr ansfo rmatio n and A y C transformat ion wer e applied to modify t he elongated gr ain mor pho log y.=Key words > ox ide disper sion st rengthen;fer rite steel;creep resistance;mechanical allo ying收稿日期:2008-08-27;修订日期:2008-12-16作者简介:章 林(1980-),男,博士研究生,研究方向:电子封装材料和ODS 合金。
9cr1mov化学成分
9cr1mov化学成分9Cr1MoV是一种低合金铬钼钒钢，其化学成分包括碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、铬(Cr)、钼(Mo)、铟(V)。
这种钢材的化学成分对其性能和用途有着重要的影响。
碳是钢材的主要合金元素之一，可以提高钢材的硬度和强度。
对于9Cr1MoV来说，碳的含量一般控制在0.15%到0.25%之间，以保证钢材具有足够的强度和韧性。
硅是钢材中的一种常见合金元素，可以提高钢材的硬度和强度，并有助于抗热氧化和耐腐蚀性能的提升。
9Cr1MoV中硅的含量一般在0.20%到0.50%之间。
锰是钢材中的一种重要合金元素，可以提高钢材的强度和韧性，同时还能改善钢材的热处理工艺性能。
在9Cr1MoV中，锰的含量一般控制在0.40%到0.70%之间。
磷是钢材中的一种有害杂质元素，它会降低钢材的塑性和韧性。
因此，在9Cr1MoV中，磷的含量要尽量控制在0.020%以下。
硫是钢材中的另一种有害杂质元素，它会降低钢材的韧性和冲击韧性。
在9Cr1MoV中，硫的含量也要控制在0.020%以下。
铬是9Cr1MoV的重要合金元素，它可以显著提高钢材的耐热性能和抗氧化性能，同时还能提高钢材的强度和硬度。
一般来说，9Cr1MoV中的铬含量在0.90%到1.20%之间。
钼是9Cr1MoV的另一个重要合金元素，它可以提高钢材的抗拉强度、硬度和韧性，同时还能提高钢材的耐热性能和抗腐蚀性能。
在9Cr1MoV中，钼的含量一般在0.25%到0.35%之间。
铌是9Cr1MoV的微合金元素，它可以细化钢材的晶粒，提高钢材的强度和韧性。
在9Cr1MoV中，铌的含量一般控制在0.05%到0.15%之间。
9Cr1MoV的化学成分包括碳、硅、锰、磷、硫、铬、钼、铌等元素。
这些元素的含量和配比对钢材的性能起着重要的影响，如强度、韧性、耐热性能等。
通过合理控制这些元素的含量，可以使9Cr1MoV 具有优异的力学性能和耐热性能，广泛应用于石油、化工、核工程等领域。
ODS镍基超合金的研究进展
ODS镍基超合金的研究进展章林;曲选辉;何新波;段柏华;秦明礼【摘要】γ'和Y2O3强化的镍基超合金高于1000℃仍有优异的蠕变性能,可用作涡轮喷气发动机中的叶片.本文介绍了氧化物弥散强化(ODS)镍基超合金的制备和三阶段热处理获得柱状晶粒,重点分析了其独特的二次再结晶行为,同时阐述了预退火、区域退火速率以及γ'和Y2O3的含量对二次再结晶的影响.讨论了γ'溶解诱发二次再结晶、弥散相粗化诱发二次再结晶和晶界形核三种理论,解释了二次再结晶温度高和活化能高的原因.最后讨论了细晶粒态和粗晶粒态在不同应变速率和不同取向上性能的差异.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】7页(P90-96)【关键词】氧化物弥散强化;镍基超合金;蠕变性能;机械合金化【作者】章林;曲选辉;何新波;段柏华;秦明礼【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TL61.3氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthen, ODS)合金主要有ODS铁基合金和ODS镍基超合金两大类。
ODS铁基合金的工作温度只能到700℃,而ODS镍基超合金在1000℃以上仍具有优异的高温蠕变性能、疲劳性能和抗氧化性能[1,2]。
可用作涡轮喷气发动机中的导向叶片或涡轮叶片,不仅可以在高温下长期使用,而且还能承受气体腐蚀、蠕变和疲劳载荷[3]。
ODS镍基超合金优异的高温蠕变性能主要得益于氧化物的弥散强化、γ′[Ni3(A l,Ti)]相的析出强化和拉长晶粒抑制晶界滑移[4]。
ODS镍基超合金的中温(700～900℃)强度较低,通过A l,Ti和Ta的添加形成了FCC(L 12)有序结构的γ′相并与γ基体保持共格,从而提高了中温强度[5-7]。
ODS钢材的制备与应用研究
ODS钢材的制备与应用研究随着中国经济的迅速发展，钢铁产业成为国民经济的基石之一，而钢材在工业、建筑、交通等领域中的使用广泛，对于国民经济的发展和社会的进步起着重要的作用。
然而，传统的钢铁制造对环境的影响以及钢材的性能问题等已经成为制约行业发展的瓶颈，而ODS钢材的应用可以说是钢材工业的一次重大突破。
ODS钢材是一种通过气相反应进行制备的高强度、高耐久钢材。
ODS钢材主要由钢基体和氧化物颗粒组成，其中，氧化物颗粒均匀地分布在钢基体中，通过化学反应，使钢材的强度和耐磨性都得到了提升。
ODS钢材的制备，需要经过多个工序。
首先是原材料的选择和预处理，然后利用气相反应技术进行合成，最后通过热处理和冷却等步骤使ODS钢材获得优异的力学性能和耐久度。
ODS钢材在诸多领域中的应用也十分广泛，特别是在高温、高压和强腐蚀环境下的应用效果非常出色，备受业内人士的关注。
例如，在核能领域，由于ODS钢材的高温、高压和放射性环境下的高耐久性，因此得以广泛应用。
在航空航天领域，ODS钢材的高强度、抗腐蚀性和高耐磨性等特性，大大提高了飞机零部件和火箭发动机等的性能。
此外，在锅炉、汽轮机等大型设备的制造中，ODS钢材也具有重要的作用，其在海底油气管道和石化管道等领域中也得到了广泛的应用。
当然，ODS钢材的制备和应用仍然存在许多问题和挑战。
首先，ODS钢材的制备过程较为复杂，需要高温、高压和高纯度等严苛条件，因此，其制备成本较高。
其次，由于氧化物颗粒在制备过程中的分散情况受到许多因素的影响，如杂质、气氛和温度等，因此，ODS钢材制备过程中的质量控制也非常关键。
此外，ODS钢材应用需求的多样性也给制造商的研发带来了挑战。
总体而言，ODS钢材作为一种新型的钢材，具有着许多优良的性能特点，遇到的问题也都是可以解决的。
如今，随着技术的不断进步和制造商研发的不断升级，ODS钢材的应用领域也将进一步扩大，为我们的工业、建筑、交通等领域带来更多更优质的使用选择。
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含硅9Cr-ODS钢设计与性能研究
铅基反应堆结构材料面临强中子辐照、高温以及强腐蚀性介质等极端环境,材料是制约其实现工程应用的关键问题之一。
本论文针对铅基反应堆的结构材料需求,以研发力学性能优异并耐液态铅铋腐蚀的ODS钢为目标,开展了含硅
9Cr-ODS钢的设计与性能研究。
主要研究内容与结果如下:基于氧化物弥散强化理论和液态金属腐蚀理论,设计了 CLAM钢+0.3wt%Y2O3+一定含量 Si 的 9Cr-ODS 钢。
对不同 Si 含量(0、0.3wt%、0.5wt%、1.Owt%)的ODS钢进行了微结构表征、高温拉伸性能测试及静态铅铋腐蚀实验,以优化ODS钢中的Si含量。
微观组织结构分析结果表明,Si元素的添加使9Cr-ODS钢中形成了 Y2Si2O7相为主的纳米Y-Si-O相,其形成机理遵循溶解-再析出机制。
Si和Y2O3的在机械合金化过程中分别固溶于基体,并形成过饱和固溶体,固溶于基体中的O与机械合金化过程产生的大量空位结合生成O-空位对,O-空位对与Y、Si相结合,在热等静压过程中生成了热力学较稳定的单斜立方结构Y2Si2O7 相。
对含硅9Cr-ODS钢的高温力学性能进行了评估,结果显示随着Si含量增加,样品屈服强度逐渐升高,室温下均超过1300MPa,温度上升至550℃时均超过
795MPa,温度继续上升至700℃,1.0wt%Si样品测试值最高且达到300MPa。
含硅9Cr-ODS钢中与基体非共格的纳米氧化物对位错运动的阻碍作用是其具有良好
高温性能的主要原因。
开展了 550℃、氧浓度为10-6wt%静态铅铋环境中3000hrs腐蚀实验研究。
结果表明,含硅9Cr-ODS钢腐蚀界面依次由Fe3O4、(Fe,Cr)3O4、富Cr和富Si 氧化层组成(沿铅铋向基体方向)。
分析认为,Si元素能够促进致密的富Cr氧化层和富Si氧化层的形成,减缓液态铅铋中的氧元素向基体的扩散过程,从而提高ODS钢的腐蚀抗力。