论文部分内容阅读
由于ODS钢有优异的蠕变强度、抗腐蚀性能和耐辐照性能以及良好的物理和化学热稳定性,被视作下一代核燃料包壳管最具希望的备选材料。ODS钢的宏观性能取决于其内部弥散分布的纳米氧化物的物相、形貌和界面。纳米氧化物物相、形貌和界面的调控方法主要有微量活性元素的添加和固化温度的调节。在本文中,为了Zr和Ti的含量对FeCrAl-ODS钢中纳米氧化物的影响,利用HRTEM技术分析了SOC-14(Fe-15Cr-2W-0.09Ti-4Al-0.63Zr-0.35Y2O3)和Zr-3(Fe-15Cr-2W-0.12Ti-4Al-0.49Zr-0.33Y2O3)两种ODS钢中的纳米氧化物的物相、形貌和界面;为了研究固化温度对FeCrAl-ODS钢中纳米氧化物的影响,利用HRTEM技术研究了SOC-9(1150oC)和SOC-9-ET-1(1050oC)两种ODS钢(合金成分均为Fe-15.5Cr-2W-0.09Ti-3.8Al-0.35Y2O3)中的纳米氧化物的物相、形貌和界面。研究结果如下:(1)与SOC-14相比,Zr-3合金中Y-Zr-O复合氧化物的数量比例从87.43%降低到54.74%,Y-Ti-O复合氧化物的数量比例由5.71%升高到33.36%,因此可通过调整FeCrAl-ODS钢中Ti和Zr元素的添加量来调控其基体Y-Zr-O和Y-Ti-O复合氧化物占比,进而实现对FeCrAl-ODS钢的耐辐照性能和热稳定性的控制;Y-Ti-O复合氧化物的明显增加,即Ti微量调整会对Y-Ti-O比例产生显著影响。(2)从SOC-14和Zr-3合金中可以观察到,在Al元素相同的情况下,Ti元素含量从0.09%增加到0.12%,Zr元素含量从0.63%减少到0.49%时,基体中Y-Al-O的比例从3.43%升高到11.9%。这说明,Zr元素含量的降低,使得其对于Y-Al-O氧化物颗粒的抑制作用减弱。(3)在FeCrAl-ODS钢添加Zr元素,能够显著改善合金中的氧化物的弥散形貌,为辐照过程中产生的点缺陷提供再结合的机会,还能够形成大量抗辐照性能良好的Y4Zr3O12氧化物颗粒,显著提高了材料的辐照稳定性。(4)对比SOC-9和SOC-9-ET-1合金,当固化温度从1150oC降低到1050oC时,ODS钢中纳米氧化物YAlO3(YAH,yttrium–aluminum–hexagonal)所占比例从55%增加到89.5%,YAlO3(YAP,yttrium–aluminum–perovskite)颗粒的比例从38%降低到4.5%。这说明固化温度的降低,能够有效促进YAH颗粒的形成,有助于提高ODS钢的热稳定性和抗辐照性能。(5)对比SOC-9和SOC-9-ET-1合金,当固化温度从1150oC降低到1050oC时,纳米氧化物尺寸明显降低,体积数量密度显著增加,弥散形貌得到大幅度改善,纳米氧化物的共格性增强。