核电站在发生LOCA等超出设计基准的事故时,在极端条件下反应堆堆芯会暴露于蒸汽和空气的混合气氛中,从而使燃料包壳管在空气/蒸汽的混合气氛中发生高温蒸汽氧化。由于空气中约80%为氮气,氮气会促进包壳管的氧化,因此,研究燃料包壳材料在含氮气氛下的高温蒸汽氧化行为非常重要,对于制定严重事故规范也是非常必要的。本文选用Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-x Nb（x=0、0.15、0.30、0.50和1.0,wt.%）共5种锆合金为研究对象,分别定义为1#、2#、3#、4#和5#合金。采用热重分析仪在N2/H2O气氛（20%氮气,80%蒸汽,体积分数）和Air/H2O气氛（20%空气,80%蒸汽）中进行800、1000和1200℃高温蒸汽氧化实验,研究了5种合金在含氮气氛中的氧化行为和合金的氧化物相变行为。用配置INCA能谱仪的TEM和SEM观察分析氧化前合金中第二相的尺寸与成分,通过选区电子衍射分析物相的晶体结构;采用SEM和光学显微镜观察氧化后样品横截面的显微组织形貌;采用带有波谱仪的EMPA测量氧化后氧化膜横截面中氧与氮的含量及分布。主要结果和结论如下:（1）随着Nb含量的增加,Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr-x Nb合金中的第二相数量增多、平均尺寸减小;1#合金和5#合金中都检测到fcc和hcp结构的2种第二相,前者为Zr（Fe,Cr）2,后者主要为Zr（Fe,Cr,Nb）2。（2）在N2/H2O气氛中氧化时,800℃恒温3 h后的抗高温蒸汽氧化性能总体上表现为随Nb含量的增加而变差;1000℃恒温1 h和1200℃恒温0.5 h后的抗高温蒸汽氧化性能总体表现为1#合金和4#合金的抗高温蒸汽氧化性能优于其他3种锆合金,说明Nb对锆合金在N2/H2O气氛中高温蒸汽氧化行为的影响非常复杂,并没有随Nb含量的变化呈单一变化规律。（3）在Air/H2O气氛中氧化时,不含Nb的1#合金在3个温度下的抗高温蒸汽氧化性能均优于其他4种含Nb的锆合金,说明添加Nb会对Zr-0.75Sn-0.35Fe-0.15Cr合金在Air/H2O气氛下的抗高温蒸汽氧化行为产生有害影响,但Nb含量对锆合金高温蒸汽氧化行为的影响非常复杂,并没有随Nb含量的变化呈单一变化规律。（4）在Air/H2O气氛中氧化时,5种合金在3个温度下的氧化程度都比在N2/H2O气氛的严重,说明O的存在会加速锆合金在含氮蒸汽气氛下的氧化;Nb含量对锆合金在两种含氮气氛下的高温蒸汽氧化行为影响程度不同,并随氧化温度而发生变化:在800℃氧化时,其影响程度总体随Nb含量的增加而增大,而在1000和1200℃氧化时,其影响程度并没有随Nb含量的增加呈单一变化规律。（5）在N2/H2O气氛中氧化时,5种合金在800℃下的氧化动力学遵循抛物线或抛物线-直线规律,都未发生氧化转折;5种合金在1000℃下的氧化动力学遵循直线规律或幂指数规律,部分合金会发生一次氧化转折;5种合金在1200℃下的氧化动力学均由直线规律转变为抛物线-直线规律,出现一次氧化转折。在Air/H2O气氛中氧化时,5种合金在800℃下的氧化动力学遵循抛物线、抛物线-直线或直线规律,都未发生氧化转折;5种合金在1000℃下的氧化动力学遵循抛物线-直线、直线或幂指数规律,部分合金会发生二次氧化转折;5种合金在1200℃下的氧化动力学遵循抛物线-直线或直线规律,出现一次氧化转折。（6）在N2/H2O气氛和Air/H2O气氛中氧化时,部分合金在不同温度区间的氧化反应激活能Q值不同,Q值与Nb含量之间也没有呈单一变化规律。800～1000℃氧化时,5种合金在N2/H2O气氛和Air/H2O气氛中的Q值分别在54～76 k J/mol和49～132 k J/mol之间;1000～1200℃氧化时,5种合金在N2/H2O气氛和Air/H2O气氛中的Q值分别在193～213 k J/mol和99～197 k J/mol之间,是800～1000℃下Q值的2～5倍。（7）在2种含氮气氛中氧化时,800℃的截面组织均为:Zr O2层+α-Zr（O）层;1000℃的截面组织均为:Zr O2层（柱状氧化物+含Zr N的多孔氧化物）+α-Zr（O）层+原β-Zr层;1200℃的截面组织均为:Zr O2层（柱状氧化物+含Zr N的多孔氧化物）+α-Zr（O）层。