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金属学报  2015, Vol. 51 Issue (6): 641-650    DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00547
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Y2O3颗粒弥散强化低活化钢的组织稳定性研究*
胡雪1,2,黄礼新3,严伟1,王威1,单以银1(),杨柯1
1 中国科学院金属研究所, 沈阳 110016
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室, 秦皇岛 066004
STUDY ON MICROSTRUCTURE STABILITY OF A Y2O3 DISPERSION STRENGTHENED LOW-ACTIVATION STEEL
Xue HU1,2,Lixin HUANG3,Wei YAN1,Wei WANG1,Yiyin SHAN1(),Ke YANG1
1 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049
3 State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, Qinhuangdao 066004
全文: PDF(9996 KB)   HTML
摘要: 

采用机械合金化方法制备添加0.3%Y2O3的CLAM钢混合粉末, 利用热等静压技术固化成型, 制备出致密度高达98.7%的ODS-CLAM钢. 利用二次电子成像、电子探针、XRD技术研究球磨后CLAM钢合金粉末形貌、合金元素分布、晶格畸变, 确定ODS-CLAM钢混合粉末的最佳球磨工艺为: 球磨时间50 h, 球料比10∶1, 球磨介质直径6 mm的硬质钢球, 球磨气氛Ar. 依据此工艺制备出的ODS-CLAM钢的高温组织稳定性较好, 在1200 ℃固溶60 min后, 其晶粒尺寸并未明显长大, 板条细小, 且Y2O3颗粒仍稳定存在于基体中.

关键词 氧化物弥散强化钢显微组织组织稳定性Y2O3    
Abstract

Oxide dispersion strengthened (ODS) steels are being developed as a promising structural material for next-generation nuclear energy systems, due to its excellent resistance to both irradiation damage and high-temperature creep. In this work, the mechanical alloying (MA) and hot isostatic pressing (HIP) technologies were used to prepare a ODS low-activation steel, based on the China low activation martensitic (CLAM) steel. SEM, XRD analysis and EPMA were used to examine the particle size, alloying element distribution and lattice distortion of the ball-milled powders. In order to obtain uniform powders, CLAM powders with 0.3%Y2O3 particles should be milled with hard steel balls of 6 mm in diameter for 50 h in Ar protective atmosphere, and the ball-to-powder weight ratio at 10∶1. The microstructure of well-prepared ODS-CLAM steel was stable till 1200 ℃ for 1 h, with grain size of 50~60 mm and martensitic lath width of 200 nm, meanwhile, the Y2O3 particles could still be found in the steel matrix.

Key wordsoxide dispersion strengthened steel    microstructure    microstructure stability    Y2O3
     出版日期: 2015-03-27
基金资助:*国家自然科学基金资助项目51271175

引用本文:

胡雪, 黄礼新, 严伟, 王威, 单以银, 杨柯. Y2O3颗粒弥散强化低活化钢的组织稳定性研究*[J]. 金属学报, 2015, 51(6): 641-650.
Xue HU, Lixin HUANG, Wei YAN, Wei WANG, Yiyin SHAN, Ke YANG. STUDY ON MICROSTRUCTURE STABILITY OF A Y2O3 DISPERSION STRENGTHENED LOW-ACTIVATION STEEL. Acta Metall Sin, 2015, 51(6): 641-650.

链接本文:

http://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2014.00547      或      http://www.ams.org.cn/CN/Y2015/V51/I6/641

Steel C Cr W V Ta Mn Si Y2O3 Fe
CLAM 0.093 8.96 1.51 0.21 0.14 0.49 0.05 - Bal.
ODS-CLAM 0.110 8.39 1.23 0.18 0.03 0.14 0.08 0.13 Bal.
表1  CLAM钢和ODS-CLAM钢的化学成分
Steel Temperature Yield strength ?s0.2 / MPa Ultimate tensile strength ?sb / MPa Elongation after fracture d / % Reduction in area y / %
CLAM RT 535 660 21.9 73.4
600 ℃ 315 355 21.6 83.5
ODS-CLAM RT 755 915 8.5 37.2
600 ℃ 340 410 16.0 63.0
表2  CLAM钢和ODS-CLAM钢的室温和600 ℃下的拉伸性能数据
图1  CLAM钢粉末和Y2O3颗粒的SEM像
图2  添加0.3%Y2O3的CLAM钢混合粉末球磨不同时间后的SEM像
图3  CLAM钢粉粒径与球磨时间的关系
图4  添加0.3%Y2O3的CLAM钢混合粉末球磨不同时间后的XRD谱
图5  球磨50 h后大尺寸颗粒的BSE像和EPMA元素面分布图
Time Peak position Diffraction peak Half-width of Crystallite size Lattice
h (°) offset / ‰ diffraction peak / (°) nm strain / %
10 44.519 0.79 0.688 127 0.545
20 44.519 0.79 0.740 117 0.684
30 44.521 0.83 0.742 117 0.683
40 44.600 2.61 0.731 118 0.582
50 44.638 3.46 0.774 112 0.587
60 44.599 2.59 0.786 110 0.627
表3  球磨不同时间后CLAM钢粉的(110)a-(Fe,Cr)峰位偏移量、半高宽、晶粒尺寸及晶格畸变量
图6  CLAM钢在1200 ℃固溶前后的OM像
图7  ODS-CLAM钢在不同温度固溶前后的OM像
图8  CLAM钢1200 ℃固溶前后的TEM像以及固溶前基体中析出相的SAED谱和EDS
图9  ODS-CLAM钢1200 ℃固溶前后的TEM像
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