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15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢较常规304、316系列不锈钢具有更好的抗辐照肿胀性能，较高的高温强度，良好的焊接及燃料相容性，被我国选为快堆包壳管用结构材料，命名为CN-1515。然而由于Ti元素的加入，在包壳管组织中极易出现沿轧制方向分布的带状组织，这种带状组织的不仅造成材料化学成分的不均匀，降低其韧塑性，而且导致包壳管服役运行过程中，更容易出现辐照肿胀和高温力学性能的降低。因此带状组织的形成机理及控制技术是该含Ti奥氏体不锈钢的研究重点。 本文以CN-1515合金为研究对象，采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及电子探针等分析手段，系统研究了实验室规模50kg真空自耗锭凝固组织，真空自耗锭变形态及热处理态的组织演变机制和相析出行为，分析了带状组织的形成机理;开展了变形组织的均匀化控制机理和加工技术研究，同时研究了CN-1515合金时效过程中的组织及力学性能的演变行为;最后将实验室研究结果应用于工程化技术开发，优化出3吨级工程化钢锭最佳的均质化锻造工艺，完善并验证了组织均匀化控制机理与技术的一致性、合理性。本文取得的主要研究结果如下: 1、研究了真空自耗锭中一次TiC及常规锻造组织中二次TiC的析出及演变行为，及锻造条带状组织的形成机制，结果表明:(1)在CN-1515合金凝固过程中，在枝晶间会有大量的一次TiC析出，而常规锻造工艺中的锻前加热只能使部分一次TiC回溶，并不能使枝晶间偏析的Ti、Mo、C等元素扩散均匀。(2)在常规锻造过程中，自耗锭中的粗大枝晶经拔长变形，逐渐与拔长方向保持一致，并形成了Ti、Mo、C等元素的富集带与贫化带，同时大量球状二次TiC开始在元素富集带析出，并随着锻造变形变细变长，阻碍再结晶晶粒长大，形成细晶条带组织。(3)枝晶间Ti、C、Mo等元素的偏析及二次TiC是导致锻造组织不均匀，形成带状组织的主要因素，而且这种带状组织会“遗传”到后续变形组织中，并难以消除。 2、通过开展高温均匀化及预变形量对CN-1515合金元素均质化和组织均匀化影响的研究工作，发现:(1)锻前长时间高温均匀化处理能够使CN-1515自耗锭中一次TiC全部回溶，元素分布均匀，同时改善了锻造组织;(2)在自耗锭高温均匀化处理前进行适当的预变形，变形量控制在20％～30％，有效促进了元素充分扩散的均质化进程，但是预变形量过大(≥40％)会导致元素带状偏析，且在后续的高温扩散处理中难以消除。(3)提出了获得均匀锻造组织的控制方法，即锻前进行预变形和高温均匀化处理，然后进行大锻比锻造。 3、通过对20％冷变形CN-1515合金组织、时效态的组织及拉伸性能的系统分析，发现:(1)Ti/C比对原始态及时效态CN-1515合金组织及瞬时拉仲性能影响较小;(2)长期时效下，CN-1515合金主要表现为回复和金属间化合物Sigma相的析出，二次TiC是Sigma相析出的有效形核质点，并确定了Sigma相的析出机制为γ→Sigma;(3)随时效温度的升高，Sigma相长大，析出量增多;而随时效时间延长，Sigma相的尺寸几乎不变;(4) Sigma相、TiN的析出一定程度上削弱了晶界强度，拉伸时裂纹主要集中在TiN、Sigma相/基体界面处萌生并扩展，产生微空洞，最终导致断裂。 4、通过调节高温均匀化处理参数，最终确定了3吨级CN-1515钢锭均质化锻造工艺;采用预变形结合高温均匀化处理的锻造工艺，基本消除了3吨级锻造钢锭中的条带状分布的碳化物及细晶带组织，锻造棒材的头、中、尾部的组织均匀，碳化物弥散分布。采用均质化的锻造棒材进行后续热挤压变形和冷轧变形，热挤压管和冷轧管的组织均匀，碳化物弥散细小分布，获得了较为理想的后续变形组织。