随着科技的不断发展,能源枯竭及环境问题日益加重。核聚变能由于具有核燃料资源丰富,产能大以及清洁等优点,被认为是未来能源开发的一个可行性方案。而聚变堆包层/第一壁需要承受高温,循环热应力、中子辐照等复杂的物理作用。CLAM（China low-activation martensitic）钢作为中国独立研发的低活化马氏体（RAFM）钢之一,具有良好的高温力学性能,低的热膨胀系数和辐照肿胀率,被公认为是新一代核聚变反应堆包层的候选结构材料之一。经过近20年的发展,其成分设计和热处理方式已经相当成熟,但在长期热时效方面的研究却鲜有报道。本文模拟聚变堆包层服役的温度特点,在500℃、550℃、600℃以及650℃下开展长达30000 h的热时效实验,系统地研究不同温度下显微组织的演变以及新相—Laves相的析出演化对力学性能的影响,合理地评估CLAM钢的服役寿命,为今后CLAM钢的发展提供数据及理论支撑。长期时效过程中,伴随着显微组织结构的演化CLAM钢中会析出Laves相,其主要为A₂B型金属间化合物-Fe₂W。本文主要采用金相显微镜和透射电镜观察显微组织的演化,分析不同温度对显微组织的影响,对Laves相的晶体结构及合金成分进行表征分析;利用扫描电镜的BSE成像方式表征Laves相的演化行为,对Laves相进行定量分析,最后对时效试样进行力学性能测试,包括拉伸、冲击以及显微硬度测试,建立组织演化及新相析出与力学性能变化之间的关系。研究结果表明:1、经正火、回火热处理后的CLAM钢得到回火马氏体组织;组织结构精细,马氏体板条宽度约200 nm。500℃下时效30000 h后并未发现Laves相形核析出,且回火马氏体结构依然保持完整,仅观察到马氏体板条发生一定的宽化。2、550℃及600℃长期时效过程中Laves相在晶界处依附着M₂₃C₆碳化物形核析出,随着时间延长,不断地聚集粗化并吞噬所依附的M₂₃C₆碳化物。时效20000 h后由于Ostwald熟化效应,Laves相的析出数量不再增加,仅发生粒子间的聚集粗化;30000 h后Laves相平均尺寸分别达到420 nm（550℃）和600 nm（600℃）,沿着晶界及亚晶界呈链状和大团状分布,严重降低了晶界间的结合力和可协调变形能力。3、长期时效过程中固溶原子—W向界面处扩散偏聚是导致Laves相形核析出的主要原因;受晶界扩散机制的影响Laves相主要在晶界及亚晶界处形核生长,粗化速率大。Laves相的生长粗化严重降低了CLAM钢的固溶强化、析出强化及界面强化效应。4、650℃达到了Laves相的溶解温度点,所以在此温度下未发现Laves相析出,但温度的升高加速了显微组织的退化,M₂₃C₆碳化物粗化速率升高。500℃时效前期,由于析出强化作用CLAM钢的拉伸强度及硬度升高,5000 h后缓慢下降,时效后仍然保持较高的强度值。550℃和600℃下,由于Laves相的形核长大,降低W的固溶强化作用,强度及硬度下降。Laves相在界面的粗化导致晶界间结合力下降,导致冲击韧性下降。650℃下,马氏体组织退化被亚晶取代,M₂₃C₆碳化物粗化导致马氏体强化及析出强化作用大幅下降,强度和硬度在时效后都有不同程度的下降。