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ODS钢作为聚变反应堆冷却系统的第一壁结构材料需要具备优良的高温性能、耐腐蚀性能和抗辐照性能。Fe-Cr-Al系ODS钢因Al的加入大大提高了ODS钢的抗腐蚀性能,但是同时也在基体中引入了尺寸粗大的Y-Al-O颗粒,降低了材料的机械性能和高温稳定性。为了提高Fe-Cr-Al系ODS钢在高温服役条件下的安全稳定性,本文研究了合金元素Hf对Fe-Cr-Al系ODS钢高温稳定性的影响。 本文设计了Fe-16Cr-3Al-1.5W-0.35Y2O3和Fe-16Cr-3Al-1.5W-0.5Hf-0.35Y2O3(wt%)两种成分的ODS钢。通过设计750℃、950℃和1150℃温度下的时效处理以探究两种材料的高温热稳定性。采用EBSD和TEM对时效前后的试样进行了组织观察和氧化物物相分析,分析了氧化物析出相和晶粒组织随时效温度升高的演变趋势,从氧化物和基体的界面的分析讨论了氧化物的稳定性影响因素。通过对时效前后试样的室温拉伸测试分析了拉伸性能随时效温度升高的变化,由强度公式计算分析了晶界强化和氧化物弥散强化对屈服强度的增强作用。 实验表明,Hf的添加提高了FeCrAl-ODS钢内氧化物和晶粒尺寸的高温稳定性以及拉伸性能的稳定性。研究发现Hf的添加促进了Y2Hf2O7的形成,氧化物/基体的界面分析分析表明Y2Hf2O7与基体界面出的共格度比Y-Al0颗粒更高,界面处的错配应变更低,Y2Hf2O7界面能的降低是Y2Hf2O7稳定性的提高的主要原因之一。由Zener-Smith公式表达的氧化物与晶粒间的关系表明,含16CHf-ODS钢的晶粒尺寸稳定性来源于其氧化物优异的稳定性。由Orowan机制和Hall-Petch机制描述的强度与氧化物和晶界尺寸分布的关系可以认为,微观组织得到优化的16Cr-Hf-ODS钢具有更好的机械性能稳定性。