常规含碳9Cr-ODS钢作为先进核能系统中最具潜力的候选结构材料之一，在700°C/10000h时效后，钢中M23C6型碳化物平均尺寸由时效前的120nm长大至189nm，最大尺寸甚至可达1~2μm。晶界粗大的M23C6型碳化物可能对材料从而反应堆的长期服役安全性产生不利的影响。同时，强中子辐照还将进一步加剧M23C6的不稳定，因此ODS钢中M23C6型碳化物组织不稳定的问题不容忽视。鉴于氮化物具有更高的热稳定（熟化速率仅为M23C6的1/10）、更小的尺寸（更具抗辐照潜力），采用热力学软件设计了一种通过MX相与氧化物复合强化的新型MX-ODS钢，成分为Fe-9Cr-1W-1Mn-0.4V-0.1Ta-0.3Y2O3-0.05N，并采用粉末冶金等工艺成功制备出材料。研究了热处理工艺对新型纳米复合强化9Cr-ODS钢组织与力学性能的影响。结果表明，材料正火及回火后的组织为回火马氏体，不存在明显的择优取向及粗、细混晶组织，平均晶粒尺寸约1μm。在晶界未观察到明显的M23C6型碳化物，相反在基体内获得了大量尺寸在30~200nm范围的MX析出相。同时，纳米氧化物析出相弥散分布，平均粒径约3.0nm、数密度约1.9×1023/m3。力学测试表明：材料的显微硬度值随正火温度从980°C升高至1200°C而逐渐降低，而随回火温度从700°C升高至800°C则呈现先增加后降低的趋势；材料经1100°C×1h正火及750°C×1h回火后获得了最佳的强塑性，室温屈服强度、抗拉强度以及延伸率分别为1039 MPa、1103 MPa及20.5%，700°C分别为291 MPa、333 MPa及16%。相关研究结果已发表：金属学报，DOI：10.11900/0412.1961.2021.00534.
图1 设计材料中C含量与M23C6、MX析出相数量的关系
图2 析出相形貌SEM像及对应的EDS成分分析：1100°C/1h正火-750°C/1h回火
图3 新型MX-ODS钢在不同热处理后的拉伸应力-应变曲线：(a) 室温；(b) 700°C（热处理为1100°C/1h或1150°C/1h正火+750°C/1h回火）
（核能系统用耐热钢研究组 供稿）
