T91钢作为新一代核反应堆备选结构材料,具有良好的抗辐照蠕变与硬化能力,展现了广阔的应用前景,本课题旨在制备一种同时具有高强度、高热稳定性的新型超细晶T91合金。本文通过添加合金元素X(Hf、La、Zr、Y)从动力学(Zenner钉扎)和热力学(X溶质原子晶界偏析降低晶界能)稳定化两方面共同抑制晶粒长大。采用机械合金化和高温高压烧结技术(4 GPa/1100℃/30 min)成功制备了一系列超细晶T91-1at.%X合金,通过前期热稳定性及力学性能对比筛选出具有最优性能组合的T91-1at.%Hf合金。作为基础性研究,本课题主要研究了T91-1at.%Hf合金热稳定性和力学性能随退火温度及时间的变化情况,对Hf元素的热稳定机理进行了探索分析,并对其高温圧缩性能进行了初步研究。T91-1at.%Hf合金高压制备态样品晶粒尺寸为160 nm,比T91合金减小了800 nm,硬度与压缩屈服强度分别为722 HV和2449 MPa,晶粒在600℃退火后开始发生微小长大,1000℃退火后为174 nm,并保持692 HV和2161 MPa的高硬度和高强度;T91-1at.%Hf合金在800℃50 h和180 h退火后,晶粒尺寸分别为171 nm和190 nm,800℃100 h退火后硬度与强度分别为656 HV和2089 MPa,该合金在退火温度和时间的变化过程中均保持了理想的热稳定性及优异的力学性能,并在600℃高温圧缩中保持着1355 MPa的高强度,展现了良好的高温性能。Hf元素参与形成Hf-Si-O第二相粒子钉扎晶界,并且部分Hf原子于晶界处偏聚降低晶界能,从而实现了优异的热稳定性。通过本课题的研究,进一步提高了T91钢的热稳定性与力学性能,为其在核结构材料领域的应用解决了重要的基础性问题。