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纳米结构ODS钢因其特征性的微观结构-超高密度弥散分布的纳米析出相和亚微米级的晶粒尺寸,使其具有优异的抗辐照及抗氦脆性能和良好的高温强度,被认为是核聚变反应堆第一壁/包层最具应用前景的结构材料。纳米结构ODS钢现处于研发阶段,对于性能至关重要的微观结构特别是纳米析出相的控制等问题制约了纳米结构ODS钢进一步的发展及性能的优化,仍有待深入研究。本文采用机械合金化和热等静压制备工艺,通过调整ODS钢中添加的合金元素制备出四种9Cr-ODS钢(9Cr-Y2O3、9Cr-Zr、9Cr-Ti、9Cr-Ti-Zr)。采用SEM、EBSD、TEM、HRTEM等检测方法对ODS钢进行微观结构的表征,主要包括晶粒尺寸与纳米析出相的形貌、种类、密度、尺寸,并对9Cr-ODS钢的力学性能进行测试。通过对添加不同Ti/Zr元素的9Cr-ODS钢的晶粒尺寸与析出相的种类、密度、尺寸等微观结构和力学性能进行分析,获得主要结果如下:(1)Ti/Zr添加对9Cr-ODS钢的致密度没有显著影响,实际密度均达到理论密度的98%以上。(2)9Cr-Ti-Zr ODS钢的平均晶粒尺寸最小(0.57μm),次之为9Cr-Ti ODS钢(0.68μm),9Cr-Zr ODS钢(0.81μm),9Cr-Y2O3ODS钢的平均晶粒尺寸最大(1.21μm),说明添加Ti、Zr元素均有细化晶粒作用,同时添加Ti和Zr晶粒细化效果最明显。(3)Ti/Zr添加对9Cr-ODS钢纳米析出相的种类、尺寸及密度均产生显著影响。9Cr-Y2O3ODS钢中的析出相平均尺寸最大(4.75nm),密度最小(6.2×1022个/m3),而9Cr-Ti-ZrODS钢中纳米析出相平均尺寸最小(3.09nm),密度最大(1.2×1023个/m3),说明Ti和Zr同时添加对纳米析出相的细化作用最显著。(4)9Cr-ODS钢的抗拉强度均随温度的升高而降低,其中9Cr-Ti-Zr ODS钢在不同温度下的抗拉强度最高,9Cr-TiODS钢次之,9Cr-Y2O3 ODS钢最低。总的延伸率随温度的升高先增大后减小,600℃达到峰值。断裂机制由室温下韧脆混合断裂转变为高温下的韧性断裂。