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氧化物弥散强化（ODS）钢是一种新型结构材料。 由于其优异的高温性能和耐辐射性能，常被用于反应堆结构材料粗糙度影响，尤其是替代锆合金作为包壳材料。 ODS钢的使用温度（500~700℃）高于锆合金（280~320℃）。 当反应堆发生脱水事故时，锆合金包壳会与水蒸气反应产生大量氢气，导致氢气爆炸事故，而ODS钢不会与水蒸气反应产生氢气，可以避免这种情况事故。 因此，ODS钢在核反应堆条件下的应用比锆合金更有优势。

高温蠕变性能是ODS钢在核反应堆条件下力学性能的主要评价指标。 目前，关于表面粗糙度对ODS钢高温蠕变性能影响的研究报道较少。

金属新材料国家重点实验室、北京科技大学自然科学基础实验中心齐海东、梅建元等科研人员利用高温原位试验机进行高温蠕变试验在 ODS 钢板上，分析了高温下表面粗糙度对 ODS 钢的影响。 以期为ODS钢在核反应堆工况中的应用提供参考。

一、试验材料及试验方法

测试材料是 ODS 钢。

ODS钢板的生产工艺流程如下：

(1)将各金属粉末和Y2O3颗粒在球磨机中进行球磨，球磨机转速为200r/min，球磨时间为50h；

(2)将球磨后的混合粉末压制后在1100℃、70MPa下进行真空烧结，烧结时间为2h；

(3) 烧结材料在1150℃下包覆锻造；

(4)锻材经多道次冷轧、退火(退火温度750℃，保温时间1h，冷却方式为炉冷)、淬火(淬火温度1050℃，保温时间为0.5h，冷却方式为水冷）粗糙度影响，回火（回火温度为750℃，保温时间为1h，冷却方式为空冷）得到ODS钢板。

蠕变试样是从 ODS 钢板上切割下来的，其尺寸如图 1 所示。试样表面分别进行了铣削、砂磨和抛光。

图1 ODS钢板蠕变试样尺寸

根据 ISO9001 标准，将 ODS 钢蠕变样品与标准表面粗糙度比较样品进行比较。 铣削样品的表面粗糙度为0.800 μm（记为铣削样品），将铣削样品用砂纸逐级打磨后，样品表面粗糙度为0.025 μm（记为抛光样品），然后用抛光机抛光，样品表面粗糙度为0.012μm（记为抛光样品）。

在800℃、80MPa条件下，采用高温原位疲劳试验机对不同表面粗糙度的ODS钢板试样进行高温蠕变试验，通过观察高温蠕变过程中试样表面原位扫描电子显微镜（SEM）。 显微形态观察。

2 结果与讨论

2.1 不同样品的高温蠕变曲线

图2 不同样品在800℃、80MPa下的高温蠕变曲线

从图2可以看出，抛光样品的高温蠕变过程可分为三个阶段，第一阶段为减速蠕变阶段，第二阶段为恒速蠕变阶段。

第三阶段为加速蠕变阶段； 地样高温蠕变过程没有明显的第一阶段，只有第二、三阶段； 球磨样品的高温蠕变过程只存在第二阶段。 ，三个阶段，第二阶段较短。

表1显示了不同样品在800℃和80MPa条件下的稳态蠕变速率和蠕变寿命。 可以看出，随着试样表面粗糙度的降低，稳态蠕变速率显着降低，蠕变寿命增加。

表1 不同样品在800℃、80MPa条件下的稳态蠕变速率和蠕变寿命

2.2 高温蠕变过程中不同样品的裂纹萌生和扩展

图3 不同蠕变阶段铣削试样表面裂纹和断口的SEM照片

从图3可以看出，铣削试样进行0.52h高温蠕变试验时（第三阶段蠕变），表面出现大量裂纹，这是由于表面粗糙度较大所致样品和许多表面缺陷。 在高温和应力下产生裂纹； 当进行0.55h的高温蠕变试验时，铣削试样断裂，断口不光滑。

图4 不同蠕变阶段远离裂缝和靠近裂缝的地面样品表面裂纹SEM照片

从图4可以看出，磨制试样蠕变试验进行到1.7h（第三阶段蠕变）时，表面出现裂纹，裂纹数量少于铣制试样相同的蠕变阶段； 蠕变试验进行到1.8h时，表面裂纹扩大并产生新的裂纹，但裂纹数量仍少于同期铣削试样； 当蠕变试验进行到1.87h时，试样断裂，断口不光滑。

图5 不同蠕变阶段抛光试样远离断口处和近断口处表面裂纹的SEM照片

从图5可以看出，抛光试样蠕变试验进行到5.2h（蠕变第三阶段）时，表面开始出现裂纹，但裂纹数量少于抛光试样在同一蠕变阶段取样； 当应变试验进行到5.5h（第三阶段蠕变）时，抛光试样表面裂纹明显扩大并产生新的裂纹，但裂纹数量仍少于抛光试样相同的蠕变阶段； 当抛光试样蠕变试验5.71小时后，抛光试样断裂，断口不光滑。

从以上分析可以看出，随着试样表面粗糙度的增大，试样表面裂纹明显增多，试样蠕变寿命大大降低，这说明表面裂纹的增大造成较大的粗糙度是样品蠕变的原因。 休息的原因。

2.3 不同样品表面及断口的显微形貌

图6 高温蠕变试验后不同试样远离断口和近断口表面的显微形貌

从图6a)、c)、e)可以看出，在远离断口的铣削试样上存在大量纵向分布的划痕，这些划痕与横向分布的滑移线相交形成裂纹； 抛光试样远离断口纵向分布的划痕较少，表面裂纹数量较少； 抛光试样远离断口几乎没有纵向分布的划痕，表面裂纹数量较少。 因此，随着试样表面粗糙度的降低，沿纵向远离试样断口分布的划痕数量逐渐减少甚至消失，表面裂纹数量逐渐减少。 从图6b)、d)、f)可以看出，试样断口附近的表面裂纹具有多源起裂、裂纹相互贯穿的特征，是造成断口不平整的主要原因。

3 结论

(1) 随着ODS钢板表面粗糙度的降低（从0.012mm降低到0.800μm），其稳态蠕变速率降低（从1.46×10-4s-1降低到3.35×10-6s-1），蠕变寿命延长（从 0.55h 到 5.71h），减少了 ODS 钢板表面的裂纹数量。

(2)ODS钢板表面裂纹是由表面纵向分布的划痕与横向分布的滑移线相互作用形成的。 裂纹扩展并相互连接，最终导致钢板断裂。