【摘 要】
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15Cr-15Ni含Ti（15-15Ti）奥氏体不锈钢作为第四代先进钠冷快堆堆芯组件中的结构材料,具有较好的抗辐照性能与良好的高温强度,被我国钠冷示范快堆拟选用包壳材料。然而,我国关于包壳材料用15-15Ti合金的研究正处于初步阶段,材料的组织、性能和制备技术等方面尚不成熟。本文以15-15Ti奥氏体不锈钢为研究对象,通过设定不同的合金成分与热处理制度,系统地研究了不同Ti/C比合金在高温下MX相
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15Cr-15Ni含Ti（15-15Ti）奥氏体不锈钢作为第四代先进钠冷快堆堆芯组件中的结构材料,具有较好的抗辐照性能与良好的高温强度,被我国钠冷示范快堆拟选用包壳材料。然而,我国关于包壳材料用15-15Ti合金的研究正处于初步阶段,材料的组织、性能和制备技术等方面尚不成熟。本文以15-15Ti奥氏体不锈钢为研究对象,通过设定不同的合金成分与热处理制度,系统地研究了不同Ti/C比合金在高温下MX相的析出机制以及不同Mo含量合金在中温时效过程中碳化物的长大行为。为我国燃料组件包壳材料的自主研发提供可靠的实验数据与理论分析。本文主要取得的研究成果如下:（1）15-15Ti铸态合金中一次析出相主要包含颗粒状TiC与块状TiN,当Ti/C比由4升高至6和8后,TiC的数量逐渐增多。铸态合金经锻造后析出MC的数量明显减少,（Ti,Mo）C 中 Mo 含量由 4wt.%升高至 13wt.%。（2）合金在1200℃以上析出MX相的类型与热处理过程中接触的气氛有关。在氩气环境下析出颗粒状二次TiC,在氮气环境下析出枝晶状Ti（C,N）。当Ti/C比由4升高至6和8后,合金在氩气下析出TiC的数量逐渐增多,在氮气下析出枝晶状Ti（C,N）的数量无明显变化。当温度升至1250℃后,合金析出二次TiC与枝晶状Ti（C,N）的尺寸增大,数量减少。（3）枝晶状Ti（C,N）的析出是合金在1200℃以上热处理过程中接触氮气气氛时,基体中Ti和C原子与氮气中的N原子反应所形成的。氮气含量越高,热处理保温时间越长,枝晶状Ti（C,N）析出数量越多,尺寸逐渐长大。（4）通过向15-15Ti中添加Mo元素,使锻造后的合金组织析出具有特殊“核-壳”结构的（Ti,Mo）C相,其中核心和壳层富集Mo元素。在800～950℃时效时,（Ti,Mo）C相的“核-壳”结构仍稳定存在,其特有的富Mo“核-壳”结构阻碍基体元素向析出相内部扩散,进而抑制了晶界微米级与晶内纳米级（Ti,Mo）C相的长大粗化,其中晶内纳米级（Ti,Mo）C的尺寸仅为100～200 nm。
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