随着经济的发展和工业技术的进步,高放废物也随之大量增加。为了安全有效必须妥善处理高放废物,有学者提出将高危高放废物高温熔融后浇注到容器中密封然后做填埋处理。310S奥氏体耐热钢具有良好的加工性能和力学性能,是接收容器的首选材料,但310S钢在高温下仅依靠固溶强化,强度不足。为了提高310S钢高温力学性能,本研究提出在310S钢中的基础上添加Nb元素来提高其高温强度的思路。为此,本文首先利用Thermo-Calc热力学软件设计了一系列含Nb新型奥氏体耐热钢,对不同Nb含量的奥氏体耐热钢的显微组织、力学性能以及热加工性能进行了系统研究。论文主要研究内容和结论如下:(1)利用热力学计算软件Thermo-Calc,设计了一系列不同Nb含量的新型奥氏体耐热钢。在此基础上,通过真空感应炉和气体保护浇注制备了Nb含量为0、0.036 wt.%、0.12 wt.%、0.32wt.%和0.54 wt.%的新型奥氏体耐热钢,通过金相显微镜和扫描电镜对锻后组织观察表明热力学计算和实验结果吻合良好。(2)对不同Nb含量新型奥氏体耐热钢进行固溶处理后,测试了不同Nb含量新型奥氏体耐热钢的室温和高温力学性能。结果表明:随着Nb含量增加材料室温强度变化不大,但高温强度逐渐提高,达到了通过添加Nb元素来提高材料高温强度的目标。同时,Nb的添加会略微降低材料的室温冲击韧性。(3)采用Gleeble热模拟压缩实验,研究不同Nb含量奥氏体耐热钢的在900~1200℃温度范围内和0.001-1~10s-1应变速率下的热变形特征。根据双曲正弦模型建立Z参数与峰值应力的关系,发现随着Z值的增加,材料的峰值应力也增加,同时材料的动态再结晶也越难发生。利用Laasraoui和jonas模型建立高温应力-应变模型,发现在相同应变速率和相同温度条件下,材料的峰值应力、稳态应力以及饱和应力随着Nb含量升高而提高;同时Nb会抑制动态再结晶,提高材料热变形激活能。结合动态材料模型和连续失稳判据,绘制了不同Nb含量的奥氏体耐热钢的热加工图。(4)以0.32wt.%Nb材料为载体,研究了材料中Nb(C,N)对动态再结晶抑制机制。使用ECCI观察热压缩变形试样组织,发现Nb(C,N)析出相有效钉扎了材料在热变形中位错的运动。