【摘 要】
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9Cr-ODS（Oxides dispersion strengthening）钢具有优异的蠕变性能和抗辐照性能,是未来新一代核反应堆的候选材料之一。然而9Cr-ODS钢中Cr含量较低,抗腐蚀性能较差,这成为制约其实际应用的关键问题之一。通过在9Cr-ODS钢中添加高含量的Al,可以大大提高其抗腐蚀性能,但同时也会对力学性能产生影响。为了兼顾ODS钢的力学性能和抗腐蚀性能,本文研究了Zr和Al元素
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9Cr-ODS（Oxides dispersion strengthening）钢具有优异的蠕变性能和抗辐照性能,是未来新一代核反应堆的候选材料之一。然而9Cr-ODS钢中Cr含量较低,抗腐蚀性能较差,这成为制约其实际应用的关键问题之一。通过在9Cr-ODS钢中添加高含量的Al,可以大大提高其抗腐蚀性能,但同时也会对力学性能产生影响。为了兼顾ODS钢的力学性能和抗腐蚀性能,本文研究了Zr和Al元素对ODS钢中析出相析出行为的影响,同时对析出相的高温稳定性进行了研究。本文设计并制备了9Cr:Fe-9Cr-1.5W-0.2V-0.07Ta-0.3Y2O3,9Cr Zr:Fe-9Cr-1.5W-0.2V-0.07Ta-0.5Zr-0.3Y2O3,9CrZrAl:Fe-9Cr-1.5W-0.2V-0.07Ta-0.5Zr-3Al-0.3Y2O3,wt.%三种成分的ODS钢,用扫描电子显微镜（SEM）、背散射电子衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）对ODS样品的析出相和微观组织进行了表征,并对ODS钢的力学性能进行了测试。结果表明对于碳化物,Zr的添加可以在ODS钢中形成小尺寸的Zr C,Zr和Al的同时加入可以完全抑制M23C6的析出,优化ODS钢中碳化物的尺寸。对于氧化物,Zr的添加可以促进ODS钢中形成尺寸更小的Y-Zr-O颗粒,从而细化ODS钢的晶粒。Al元素会导致大尺寸的Y-Al-O颗粒的形成,因此9CrZrAl-ODS中氧化物颗粒平均尺寸大于9Cr-ODS和9Cr Zr-ODS。拉伸试验结果表明,Zr的加入大大提高了ODS钢的强度。强化机制分析显示,这是由于Zr的加入产生的细小的氧化物颗粒钉扎位错的弥散强化和晶界强化共同作用的结果。而铝的加入使9CrZrAl-ODS与9Cr Zr-ODS钢相比强度略有降低,但延伸率有较大提高。9CrZr-ODS和9CrZrAl-ODS钢在650℃的时效结果表明,时效后两种ODS钢中析出相的种类没有发生改变,但9CrZrAl-ODS中的碳化物、氧化物以及晶粒尺寸的粗化程度都要高于9Cr Zr-ODS,Al的加入导致ODS钢高温稳定性降低。对氧化物与基体的界面关系研究后发现,9CrZrAl-ODS中大尺寸的Y-Al-O颗粒与基体的晶格错配度往往大于Y-Zr-O颗粒,Y-Al-O颗粒与基体的界面能更高,高温稳定性更差,从而导致9CrZrAl-ODS钢高温稳定性较低。
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