【摘 要】
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ODS钢具有优异的抗腐蚀性能、抗蠕变性能、抗辐照性能和高温强度,因此最有希望成为第四代核反应堆（如超临界水冷堆和铅冷快堆）以及未来聚变堆的候选结构材料之一。ODS钢的宏观性能主要取决于纳米氧化物的物相,形貌以及金属与氧化物的界面。因此,本文以3.8Al–0.1Ti（Fe–15.5Cr–3.8Al–2W–0.1Ti–0.35Y2O3）、3.7Al–0.1Ti–0.63Zr（Fe–15Cr–3.7Al
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ODS钢具有优异的抗腐蚀性能、抗蠕变性能、抗辐照性能和高温强度,因此最有希望成为第四代核反应堆（如超临界水冷堆和铅冷快堆）以及未来聚变堆的候选结构材料之一。ODS钢的宏观性能主要取决于纳米氧化物的物相,形貌以及金属与氧化物的界面。因此,本文以3.8Al–0.1Ti（Fe–15.5Cr–3.8Al–2W–0.1Ti–0.35Y2O3）、3.7Al–0.1Ti–0.63Zr（Fe–15Cr–3.7Al–2W–0.1Ti–0.63Zr–0.35Y2O3）和3.8Al–0.12Ti–0.44Zr（Fe–14.8Cr–1.82W–0.12Ti–3.8Al–0.44Zr–0.35Y2O3）三种FeCrAl-ODS钢为研究对象,利用HRTEM技术,分别研究了Zr元素的添加和Al、Ti、Zr元素的含量对FeCrAl-ODS钢中纳米氧化物的物相和各种类型氧化物的数量占比的影响,分析并讨论了纳米氧化物的种类和数量占比变化的规律和内在机制。主要结论如下:（1）3.8Al–0.1TiODS钢中大多数纳米颗粒为Y–Al–O氧化物,其在所有氧化物中的数量占比为88.7%。其中,Y–Al–O氧化物主要包括正交晶系YAl O3（YAP）、六方晶系YAl O3（YAH）、单斜晶系Y4Al2O9（YAM）和立方晶系Y3Al5O12（YAG）,其数量占比分别为38.6%、41.7%、4.6%和3.8%。（2）3.7Al–0.1Ti–0.63Zr ODS钢中绝大多数氧化物颗粒为Y–Zr–O氧化物,其在所有氧化物颗粒中的数量占比为87.9%。Y–Zr–O氧化物包括三角δ相Y4Zr3O12和正交或立方结构的Y2Zr2O7,其数量占比分别为61.2%和26.7%。3.7Al–0.1Ti–0.63Zr ODS钢中Y–Al–O氧化物的数量占比为4.2%,相比于3.8Al–0.1TiODS钢中Y–Al–O氧化物（～88.7%）的数量占比,表明了微量Zr元素的添加显著抑制了Y–Al–O氧化物的形成,同时也促进了Y–Zr–O氧化物的大量形成。此外,还检测到少量的大颗粒氧化物,主要为Zr O2,其数量占比为3.0%。（3）在3.8Al–0.12Ti–0.44Zr ODS钢中约58.1%的纳米颗粒由Y–Zr–O氧化物组成,其中三角δ相Y4Zr3O12、立方Y2Zr2O7和正交Y2Zr2O7的数量占比分别为32.0%、15.1%和11.0%。约17.4%的颗粒由Y–Al–O氧化物组成,其中YAl O3（YAP）的数量占比为10.5%。此外,还检测到少量的Y–Cr–O氧化物,主要包括YCrO3和YCrO4,其数量占比分别为0.6%和0.6%。（4）3.7Al–0.1Ti–0.63Zr ODS钢中还发现少量的Y2TiO5颗粒,其数量占比为4.9%。而在3.8Al–0.12Ti–0.44Zr ODS钢中,约18.6%的颗粒由Y–Ti–O氧化物组成,主要包括正交Y2TiO5和正交YTi2O6,其数量占比分别为7.0%和7.6%。这表明,Zr元素的含量从0.63 wt.%下降至0.44%wt.%,Ti元素的含量从0.10%wt.%增加到0.12 wt.%时,可以显著提高Y–Ti–O氧化物的数量占比。（5）本文的研究结果揭示了FeCrAl-ODS钢中纳米氧化物的种类以及数量占比随Al、Ti和Zr含量的变化规律。这表明,通过调整微量元素的种类,可以调整纳米氧化物的种类和数量占比,进而为优化ODS合金成分和开发性能更加优异的ODS钢提供理论指导和依据。
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