相对轻水堆来说,第四代核反应堆具有更高的运行温度,堆内运行工况变得更为复杂,使得对其核心结构材料的性能要求也更加苛刻。氧化物弥散强化（ODS,oxide dispersion strengthened）钢特征性的微观结构一超高密度弥散分布的纳米氧化物,使其在各种物理化学条件下具有优异的抗辐照性能、抗蠕变性能,以及良好的高温稳定性能,成为第四代核反应堆包壳中非常有前途的候选结构材料。因为高Cr的铁素体ODS钢在高温下具有更高的强度,且在超临界水冷堆及铅冷快堆中展示出优异的抗腐蚀性能,因此,高Cr的铁素体ODS钢能够满足作为下一代核能系统包壳结构材料的要求。通过添加氧化物形成元素Ti,Zr等来改善高Cr-ODS钢的性能是一种很重要的技术路线。由于高Cr-ODS钢性能的改善往往依赖于氧化物形成元素的添加对合金微观结构的影响,因此,本课题研究了Ti/Zr和Ti元素添加对高Cr的ODS钢中纳米氧化物的影响。本研究分以下两个部分进行展开:第一部分:利用高分辨技术（HRTEM,high resolution transmission electron microscopy）等先进表征分析手段,以超临界水冷堆包壳用的FeCrAl-ODS钢ODS-Zr3（Fe-15Cr-4Al-2W-0.15Ti-0.5Zr-0.35Y₂O₃）为研究对象,将表征结果分别与SOC-9（Fe-15Cr-4Al-2W-0.1Ti-0.35Y₂O₃）和SOC-14（Fe-15Cr-4Al-2W-0.1Ti-0.63Zr-0.35Y₂O₃）进行对比,研究了Zr和Ti元素添加对高Cr的ODS钢中纳米氧化物的影响机制;ODS-Zr3在超临界水冷堆及铅冷快堆高温服役条件下具有优异的热稳定性能、抗辐照性能的原因也简单进行了讨论,并分析和讨论了Zr和Ti元素添加对纳米氧化物在抗辐照性能、热稳定性方面的影响机制。主要研究发现如下:（1）0.5 wt.%Zr的添加,在基体中优先析出三角晶体结构的Y₄Zr₃O₁₂,萤石结构的Y₂Zr₂O₇有少量发现。（2）0.5 wt.%Zr的添加,明显抑制了Y-Al-O氧化物粒子的形成,而且随着Zr含量的越多,则抑制效果越明显;此外,随Ti含量的增加,明显促进了Y₂TiO₅、YTiO₃及YTi₂O₆的生成;（3）合适的Zr/Ti比,可以控制基体中析出Y-Zr-O,Y-Ti-O,Y-Al-O类型氧化物的比例,从而使合金材料具备更优异的综合性能,显著提高耐辐照性能、热稳定性能。在ODS-Zr3合金中,当Zr/Ti的比例约为3.33时,Y-Zr-O,Y-Ti-O,Y-Al-O三种复杂氧化物所占的比值约为5:3:1。第二部分:利用HRTEM等先进表征分析手段,以钠冷快堆包壳候选材料SOC-P3（Fe-13.32Cr-1.9W-0.16Ti-0.33Y₂O₃）为研究对象,将所得结果与SOC-5（Fe-15.95Cr-0.09Ti-0.34Y₂O₃）中氧化物纳米粒子的表征结果对比,并据此分析和讨论了Ti含量的变化对FeCr-ODS钢中纳米氧化物的影响机制。FeCr-ODS钢在Ti含量略微增加后具有如此优异的强度、抗辐照稳定性、高温稳定性能的原因也进行了讨论。主要研究发现如下:（1）当Ti的含量从0.09 wt.%增加到0.16 wt.%后,显著提高了基体中纳米氧化物粒子的“共格性”。（2）SOC-P3合金中的绝大多数纳米粒子为复合氧化物Y₂TiO₅（约占65.95%）和烧绿石结构的Y₂Ti₂O₇（约占30.4%）;而在SOC-5中,绝大部分粒子为Y₂TiO₅（约占96.5%）,烧绿石结构的Y₂Ti₂O₇（约3%）仅少量发现。同时,在SOC-P3和SOC-5中均发现有少量大尺寸的TiO₂。