核聚变反应堆安全可靠的运行，对于构成反应堆关键部件的结构材料要求极高。RAFM 钢作为核聚变 反应堆第一壁/包层首选结构材料，如何提高其高温服役性能一直是国内外研究的热点。已有研究表明，C 含量的降低可有效提升火电用铁素体/马氏体钢的沉淀强化效果，从而实现其高温蠕变性能的大幅提升。借 鉴该思路，课题组开展了新型低碳 RAFM 钢种的研发，并对其进行了显微结构表征及力学性能测试。
采用自行设计的不同Ta含量低C型RAFM钢种，其成分大致为：0.05C-8.9Cr-1.7W-0.2V-0.02N-(0, 0.03, 0.07Ta)(wt.%)。针对试样展开了光学显微镜及透射电镜（TEM）分析，并进行了常温及高温拉伸、常温冲 击及 550℃短期蠕变实验。
冲击试验结果表明，随着 Ta 含量的增加，冲击韧性也更高，这归因于 Ta 含量的增加造成了原奥氏体 晶粒尺寸的下降。低于 600℃拉伸条件下，Ta 含量越低其拉伸性能越好；拉伸测试温度较高时（800℃）， 高 Ta 含量钢种具有最佳的拉伸性能。TEM 结果表明 Ta 含量增加导致了 MX 数量的增加，在高温条件下， M23C6沉淀极易发生粗化和消溶，仅有 MX 沉淀仍能提升沉淀强化效果。在较高应力的条件（220MPa）下， 0%Ta 试样具有最好的蠕变性能；而随着蠕变应力的降低（180MPa），0.07%Ta 试样的蠕变断裂时间最长。 钽含量的增加导致了 M23C6碳化物的减少和 MX 碳氮化物的增加。220MPa 蠕变实验后 M23C6碳化物的粗 化并不明显，此时主要是 M23C6碳化物对晶界起钉扎作用；180MPa 蠕变实验后，M23C6碳化物的粗化非常 严重，而 MX 沉淀尺寸基本不变。 1）Ta 含量的增加造成了低 C 型 RAFM 钢的冲击性能上升，这归因于 TaC 对原奥氏体晶粒的钉扎作 用。2）Ta 含量的增加促进了高热稳定性的 MX 沉淀的析出，从而导致高温拉伸及低应力蠕变性能的提升。
长沙市工商行政管理局