第3期 胡本芙等：化学法制备氧化物弥散强化钢中强化相(Y,O3形成机理 ,309. 1实验材料和工艺技术 作光学金相及扫描电镜(SEM)样品外，切割成 0.2mm薄片，冲成中3mm圆盘状试样，电解双喷减 1.1实验材料 薄做成透射电镜(TEM)用试样备用，观察精细微 合金成分（质量分数）：Fe-13Cr-2.5W0.4Ti 观组织 0.32si0.16Mn-0.005S-0.008P-0.03C母合金用 2实验结果 真空感应冶炼熔炼成铸锭(45kg),切头去尾后经 1100℃、1.5h退火处理，锻打成中25mm圆棒，表面 2.1钢中氧化物(Y,O3)尺寸及分布 打磨光切断装入雾化炉熔化，用氨气喷吹雾化成粉 图1给出12Cr0DS钢热等静压和锻造后显微 末，筛分出50~150m粒度级粉末作为预合金 组织，热等静压(hot isostatic pressing HIP)氧化物 粉末 (图1(a))主要分布在预合金粉末表面，内部氧化 1.2工艺技术 物很少，在粉末颗粒相接触三角处氧化物尺寸很大· 选用化学浸润法(chemn ical soaking method 锻造态氧化物（图1(b)发生再分布，晶粒内部氧 CSM)制备ODS铁素体合金，工艺流程如下：熔炼→ 化物较多，圆形的大中小尺寸的氧化物分布得较均 氮气雾化制粉→筛分→用Y(NO3)3·6H20溶液浸 匀.其中小尺寸(5~10m)氧化物数量较多，约占 润→干燥→氢气保护炉焙烧分解→装包套、抽真空 氧化物颗粒总数3A以上，但体积分数很低（约 和封焊→热等静压→热锻造成棒→去应力退火处 1%),尺寸稍大的氧化物(30m),个数虽少但所占 理→固溶时效热处理 总体积60%，根据体积权重计算出的粒子平均直径 1.3试样制备 约为30m,该值也应当是随机截面截得的粒子平 试样经过1050℃、5h真空固溶处理，部分用 均截距. 50m 500nm 图112Cr0DS钢显微组织·(a)热等静压态：(b)锻造态 Fig 1 Micmstnicture of 12CrODS steel (a)asH IPped:(b)as-forged 2.2氧化物(Y2O3)的形成过程 分析表明，在热分解的粉末表面有Y203和TD2两 对于化学法而言，合金中氧化物主要在热分解、 种氧化物（图2(a)、2(b)) 热压制和热加工三个阶段形成， 2.2.2热压制 2.2.1热分解 由图3可清楚地看出，粉末颗粒表面被许多大 当预合金粉末被Y(NO3)3·6H20溶液浸润时， 小尺寸不同分散质点所占据，清楚勾画出预合金粉 除包覆粉末颗粒表面的液体外，在互相靠近的粉末 末轮廓，但也有少量氧化物质点进入粉末颗粒近表 三角处，容易形成浸润液的“连接桥”，此处若存在 面，晶粒尺寸接近等轴，用截线法测得平均晶粒尺寸 细小粉末颗粒，由于溶液表面张力把细粉末包覆在 约为15m:通过SM观察弥散质点尺寸得知：氧 一起，干燥后经热分解成“团絮状”，分布在大颗粒 化物尺寸分为大(>200m)、中(50~200m)、小 粉末间隙处，若“连接桥”处无细小粉末卷入，干燥 (<50m)三种尺寸，热等静压工艺对氧化物颗粒尺 后热分解的Y(NO3)3连成大片氧化物.所以热分 寸分布改变并不显著，但对氧化物种类和组成元素 解后得到的氧化物既有尺寸大于0.1m的颗粒，也 有明显作用， 有大量的小尺寸氧化物颗粒.X射线衍射(XRD)谱 对图3(a)中热等静压态氧化物EDS能谱的分第 3期 胡本芙等： 化学法制备氧化物弥散强化钢中强化相 （Ｙ2Ｏ3）形成机理 1 实验材料和工艺技术 1∙1 实验材料 合金成分 （质量分数 ）：Ｆｅ--13Ｃｒ--2∙5Ｗ--0∙4Ｔｉ-- 0∙32Ｓｉ--0∙16Ｍｎ--0∙005Ｓ--0∙008Ｐ--0∙03Ｃ．母合金用 真空感应冶炼熔炼成铸锭 （45ｋｇ）‚切头去尾后经 1100℃、1∙5ｈ退火处理‚锻打成 ●25ｍｍ圆棒‚表面 打磨光切断装入雾化炉熔化‚用氮气喷吹雾化成粉 末‚筛分出 50～150μｍ粒度级粉末作为预合金 粉末． 1∙2 工艺技术 选用 化 学 浸 润 法 （ｃｈｅｍｉｃａｌｓｏａｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄ‚ ＣＳＭ）制备 ＯＤＳ铁素体合金‚工艺流程如下：熔炼→ 氮气雾化制粉→筛分→用 Ｙ（ＮＯ3）3·6Ｈ2Ｏ溶液浸 润→干燥→氢气保护炉焙烧分解→装包套、抽真空 和封焊→热等静压→热锻造成棒→去应力退火处 理→固溶 ＋时效热处理． 1∙3 试样制备 试样经过 1050℃、5ｈ真空固溶处理‚部分用 作光学金相及扫描电镜 （ＳＥＭ）样品外‚切割成 0∙2ｍｍ薄片‚冲成 ●3ｍｍ圆盘状试样‚电解双喷减 薄做成透射电镜 （ＴＥＭ）用试样备用‚观察精细微 观组织． 2 实验结果 2∙1 钢中氧化物 （Ｙ2Ｏ3）尺寸及分布 图 1给出 12Ｃｒ--ＯＤＳ钢热等静压和锻造后显微 组织．热等静压 （ｈｏｔｉｓｏｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｉｎｇ‚ＨＩＰ）氧化物 （图 1（ａ））主要分布在预合金粉末表面‚内部氧化 物很少‚在粉末颗粒相接触三角处氧化物尺寸很大． 锻造态氧化物 （图 1（ｂ））发生再分布‚晶粒内部氧 化物较多‚圆形的大中小尺寸的氧化物分布得较均 匀．其中小尺寸 （5～10ｎｍ）氧化物数量较多‚约占 氧化物颗粒总数 3／4以上‚但体积分数很低 （约 1％ ）．尺寸稍大的氧化物 （30ｎｍ）‚个数虽少但所占 总体积 60％‚根据体积权重计算出的粒子平均直径 约为 30ｎｍ‚该值也应当是随机截面截得的粒子平 均截距． 图 1 12Ｃｒ--ＯＤＳ钢显微组织 ∙（ａ） 热等静压态；（ｂ） 锻造态 Ｆｉｇ．1 Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ12Ｃｒ-ＯＤＳｓｔｅｅｌ：（ａ） ａｓ-ＨＩＰｐｅｄ；（ｂ） ａｓ-ｆｏｒｇｅｄ 2∙2 氧化物 （Ｙ2Ｏ3）的形成过程 对于化学法而言‚合金中氧化物主要在热分解、 热压制和热加工三个阶段形成． 2∙2∙1 热分解 当预合金粉末被 Ｙ（ＮＯ3）3·6Ｈ2Ｏ溶液浸润时‚ 除包覆粉末颗粒表面的液体外‚在互相靠近的粉末 三角处‚容易形成浸润液的 “连接桥 ”‚此处若存在 细小粉末颗粒‚由于溶液表面张力把细粉末包覆在 一起‚干燥后经热分解成 “团絮状 ”‚分布在大颗粒 粉末间隙处．若 “连接桥 ”处无细小粉末卷入‚干燥 后热分解的 Ｙ（ＮＯ3）3 连成大片氧化物．所以热分 解后得到的氧化物既有尺寸大于 0∙1μｍ的颗粒‚也 有大量的小尺寸氧化物颗粒．Ｘ射线衍射 （ＸＲＤ）谱 分析表明‚在热分解的粉末表面有 Ｙ2Ｏ3 和 ＴｉＯ2 两 种氧化物 （图 2（ａ）、2（ｂ））． 2∙2∙2 热压制 由图 3可清楚地看出‚粉末颗粒表面被许多大 小尺寸不同分散质点所占据‚清楚勾画出预合金粉 末轮廓‚但也有少量氧化物质点进入粉末颗粒近表 面‚晶粒尺寸接近等轴‚用截线法测得平均晶粒尺寸 约为 15μｍ．通过 ＳＥＭ观察弥散质点尺寸得知：氧 化物尺寸分为大 （＞200ｎｍ）、中 （50～200ｎｍ）、小 （＜50ｎｍ）三种尺寸‚热等静压工艺对氧化物颗粒尺 寸分布改变并不显著‚但对氧化物种类和组成元素 有明显作用． 对图 3（ａ）中热等静压态氧化物 ＥＤＳ能谱的分 ·309·