加速器驱动次临界(ADS)系统是上世纪90年代国际社会提出的用于生产核能、增殖核燃料、嬗变核废物、解决核临界安全性问题的先进核装置。然而由于ADS系统用结构材料研发等瓶颈问题，ADS系统一直处于理论设计阶段，未能投入实际应用。ADS系统部件苛刻的服役环境给结构材料的研发带来了极大困难。本文针对ADS系统用结构材料服役过程中需要面临的高温应力、液态金属腐蚀以及强辐照条件，开展了对备选结构材料——高Si含量铁素体/马氏体（ferritic/martensitic，F/M）钢的成分与组织优化、析出相-氧化性能相关性以及含氧液态金属中氧化机理的研究;根据研究结果自主设计了一种ADS系统用高Mn、高Si含量的新型9-12％Cr F/M钢——HSiF/M钢。论文的主要研究内容和结论包括:　　(1)设计了一种ADS系统用高Si含量F/M钢，称为HSiF/M钢，并进行了组织特征研究，结果表明高Si含量F/M钢具有和常规商用9-12％Cr F/M钢一样的典型回火马氏体组织，组织中存在分布于马氏体板条界处的M23C6析出相和分布于马氏体板条内部的MX型析出相。高Si含量F/M钢中的析出相数量要比常规商用9-12％CrF/M钢多，并且组织中随机分布有块状析出相。　　(2)通过拉伸、Charpy冲击以及高温蠕变实验研究了HSiF/M钢的力学性能并发现由于HSiF/M钢组织中析出相数量过多，且存在块状析出相，因此冲击性能不足，且蠕变性能欠佳。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪研究确定了HSiF/M钢中大尺寸析出相为MX型析出相NbC，依据热力学计算结果，确定了HSiF/M钢中大尺寸MX相的形成原因与控制方法。研究结果表明HSiF/M钢中碳/氮化物形成元素Nb的含量过高，在凝固时，NbC以初生相的形式析出，形成大尺寸块状析出相，通过将强碳化物形成元素Nb的含量控制在0.12wt.％以下，可以消除HSiF/M钢组织中的大尺寸NbC，大幅提高HSiF/M钢的力学性能。根据HSiF/M钢研究结果的启发，本研究确认了C、N含量对高Si含量F/M钢中强碳/氮化物形成元素含量控制的影响，明确了高Si含量F/M钢中消除初生碳化物的MX型碳/氮化物形成元素成分范围，并制作了简单易用的成分控制图。　　(3)利用原位透射电镜观察、电子探针以及扫描电镜等技术，系统研究了HSiF/M钢中M23C6和MX型析出相的氧化行为，并根据热力学计算结果分析了M23C6析出相氧化对高Si含量F/M钢抗氧化性的影响机制。研究结果表明，HSiF/M钢氧化时，位于马氏体板条（束）界上的M23C6会被氧化生成Cr2O3，同时马氏体板条内的NbC会被氧化生成Nb2O5。M23C6与氧的亲和力介于Fe和Si之间，因此其氧化会起到“第三组元”作用，促进界面处活泼组元Si的外氧化，诱发Si由基体内部向界面偏聚，导致板条内Si含量下降，阻碍均匀SiO2层形成，不利于HSiF/M钢发挥抗氧化性的优势。研究丰富了第三组元效应，将“第三组元”由目前广泛认为的单一元素扩展到特定化合物。基于研究结果提出HSiF/M钢成分设计和优化方案:通过提高Mn含量降低材料中的C含量，以控制板条界面处M23C6数量，提高材料抗氧化性。　　(4)使用聚焦离子束、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针以及能谱分析等技术对9-12％Cr F/M钢在含氧铅铋共晶合金(LBE)中氧化形成的氧化膜显微组织、元素分布进行了深入研究。结果表明，9-12％Cr F/M钢在含氧LBE中氧化形成的双层氧化膜结构中，内层氧化膜在结构和成分分布上均不均匀，这和现有文献报导的均一内层氧化膜不同。显微组织研究确定了内氧化区的存在，内氧化区由优先氧化的马氏体板条界和内部规则分布着纳米级氧化物颗粒的马氏体板条组成;马氏体板条内的纳米氧化物颗粒和基体保持（半）共格关系，氧化物颗粒与基体品格错配引起的弹性应变能和界面能的相互作用，导致氧化物颗粒形貌随氧化时间的延长规则演化。　　微纳尺度元素分析首次确定了9-12％Cr F/M钢在液态LBE中氧化时，发生了Cr在微米尺度的长程扩散和纳米尺度的短程扩散。微米尺度的长程扩散是内氧化区持续存在的必要条件，纳米尺度短程扩散是内氧化区形貌和元素分布特征形成的直接原因。　　根据氧化膜微观结构的研究结果，提出了9-12％Cr F/M钢在含氧液态LBE中全新的氧化模型，氧化模型解决了现存氧化模型不能合理解释的内层氧化膜在成分和结构上的不均匀性现象，弥补了现有氧化模型中未涉及内氧化过程的不足。　　(5)根据研究结果对HSiF/M钢进行了优化，并设计了针对该钢种的双级正火（1050℃正火+950℃正火）+回火热处理制度。双级正火制度通过950℃保温使HSiF/M钢组织中MX型析出相数量达到最多。经过双级正火+回火热处理后，HSiF/M钢的力学性能与P91钢相当，与液态LBE相容性优于EP823钢，达到了设计要求。