鐵素體/馬氏體鋼（FMS）是先進(jìn)快堆包層/導(dǎo)管材料以及核聚變演示工廠第一壁和包層結(jié)構(gòu)材料的主要候選材料，因?yàn)樗鼈冊诳馆椛涓哌_(dá)200dpa的高中子劑量方面是有優(yōu)勢的。然而，由于高溫下的拉伸和蠕變強(qiáng)度較差，它們的利用率限制在600℃左右。為了獲得更高的設(shè)備運(yùn)行溫度以提高熱效率，人們通過控制合金元素和在FMS中使用穩(wěn)定的碳化物沉淀進(jìn)行熱處理來改善高溫性能，特別是在發(fā)電工業(yè)中的應(yīng)用。氧化物分散強(qiáng)化（ODS）FMS是一種未來很有利用價(jià)值的材料，由于在鐵素體/馬氏體基體中添加了極為熱穩(wěn)定的氧化物顆粒分散，具有在高溫下使用的潛力（圖1）。

圖1.粉末冶金和機(jī)械加工技術(shù)原理圖

ODS FMS的發(fā)展主要集中在快堆燃料包層應(yīng)用和聚變堆材料應(yīng)用等領(lǐng)域。日本核循環(huán)發(fā)展研究所（JNC）對ODS FMS進(jìn)行了領(lǐng)先的技術(shù)開發(fā)，特別強(qiáng)調(diào)燃料包層在快堆中的應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)的研究被認(rèn)為是擴(kuò)展性能降低活化鐵素體鋼作為一個(gè)系統(tǒng)適用于聚變結(jié)構(gòu)材料。作為先進(jìn)快堆的一種未來有很大利用價(jià)值的包層材料，ODS-FMS的研究和開發(fā)工作自1987年開始在JNC進(jìn)行。與制造供應(yīng)商合作進(jìn)行了有關(guān)機(jī)械研磨（MM）工藝優(yōu)化以及合金元素對高溫機(jī)械強(qiáng)度影響的基礎(chǔ)研究。

基于這些研究的結(jié)果，1990年曾對薄壁覆層的熱擠壓和熱軋工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，與縱向單軸方向相比，復(fù)合材料在雙軸向環(huán)向蠕變斷裂強(qiáng)度降低，即強(qiáng)度各向異性，且環(huán)向延性明顯降低。根據(jù)與九州大學(xué)Yoshinaga團(tuán)隊(duì)合作的基礎(chǔ)研究，制造的ODS覆層的這些出乎意料的機(jī)械性能歸因于平行于軋制方向的極細(xì)長的晶粒之間的晶界滑動(dòng)。

為了獲得等軸均勻的晶粒，到1994年為止，利用擠壓棒材試驗(yàn)探索了兩種方法：馬氏體9Cr-ODS鋼（特別是針對抗輻射合金）的a-c相變和鐵素體12Cr-ODS鋼（針對耐腐蝕合金）的另一側(cè)再結(jié)晶處理。

從1995年到2000年：已經(jīng)有了廣泛的技術(shù)突破用于制造薄壁覆層，以防止中間制造過程中的裂紋萌生，并在相變和再結(jié)晶處理的基礎(chǔ)上確保具有優(yōu)異內(nèi)部蠕變強(qiáng)度和均勻晶粒形貌的延性。

必須建立厚板和大直徑ODS鋼管的生產(chǎn)工藝，以便將其應(yīng)用于未來的融合第一壁和包層系統(tǒng)的大截面。

圖2顯示了fusion first wall應(yīng)用的建議面板生產(chǎn)工藝。用機(jī)械球磨的粉末經(jīng)熱靜壓（HIP）加工出板坯，然后用熱軋直接生產(chǎn)出大尺寸的板材。熱軋工藝在生產(chǎn)過程中是必要的，因?yàn)闊犰o壓產(chǎn)品產(chǎn)生均勻的結(jié)構(gòu)，但其沖擊性能比上面所述退化。

圖2.提出了驟變第一壁板的生產(chǎn)工藝

作為另一種可選的加工方法：反復(fù)進(jìn)行冷軋和隨后的熱處理，以使最終板具有約2 m x 2 m的尺寸和所需的厚度，并具有足夠的尺寸精度。馬氏體9Cr-ODS鋼的爐冷軟化和鐵素體12Cr-ODS鋼的再結(jié)晶退火是冷軋硬化板軟化的必然選擇。通過熱軋直接生產(chǎn)最終形狀在某些情況下是適用的。在最后階段，需要進(jìn)行等軸晶的熱處理：9Cr-ODS鋼進(jìn)行a-c相變，12Cr-ODS鋼進(jìn)行再結(jié)晶處理。在鋼鐵行業(yè)中，能夠進(jìn)行生產(chǎn)加工的大型設(shè)備已經(jīng)存在。