随着能源危机的加剧，开发安全、能量密度高的绿色新能源成为人类能源发展的主攻方向。核能（核聚变能和核裂变能）是目前最有前途的清洁能源之一。相比于核裂变能，核聚变电站更有优势。因为聚变堆在工作过程中不产生二氧化碳，且生成的放射性副产品更少。聚变堆中第一壁结构直面等离子体，服役环境严苛，须承受高温、复杂应力、中子辐照的共同作用。因此，核聚变反应堆第一壁的结构材料必须同时具备低活化特性、优异的高温力学性能和抗中子辐照性能。T/P91、T/P92作为9～12Cr马氏体耐热钢中较为成熟的钢种，已能够工业化生产，并且广泛应用于超临界与超超临界火电站蒸汽输送管道，但因其不具备低活化特性，且抗中子辐照性能较差，无法应用到聚变堆和加速器驱动次临界堆系统中。因此，我国研究团队在9Cr马氏体耐热钢的基础上，通过优化合金成分，调整元素含量以及热处理工艺，研制出综合性能优良的中国低活化马氏体(CLAM)钢。　　考虑到聚变堆第一壁结构材料的服役环境，本论文以CLAM钢为研究对象，采用拉伸试验、冲击试验、疲劳试验、扫描电镜、透射电镜等分析测试手段，分别研究了长期热效应、加载循环应变以及热效应和循环应变的共同作用对CLAM钢的组织与性能的影响，并深入探究其力学性能与组织退化的规律。本文详细阐述了CLAM钢中组织演变规律及其影响机制:(1)热激活效应对位错运动、碳化物粗化、Laves相析出行为的影响;(2)加载循环应变对循环硬化、晶粒取向、析出相形核率的影响;(3)高温疲劳过程中的晶间开裂、动态应变时效现象解析、碳化物粗化机理分析。由此建立了CLAM钢的显微组织退化模型，为未来CLAM钢在聚变堆第一壁结构中的工业应用提供实验依据和理论指导。　　长期热效应作用下，CLAM钢的显微组织与时效温度和时效时间密切相关。CLAM钢中的合金元素扩散速率和位错回复速度较快，最终导致长时时效后的CLAM钢中的马氏体板条形态，以及各类析出相尺寸和分布状态发生显著变化。随时效时间的延长，CLAM钢中的马氏体板条发生回复形成亚晶，且基体中的M23C6碳化物、MX碳氮化物以及Laves相均发生不同程度的粗化，且M23C6碳化物因粗化失去钉扎晶界和马氏体板条界的作用。随着时效温度的提高，马氏体板条回复和析出相粗化的现象愈发明显，M23C6碳化物的形状逐渐由棒状转变为球状。由于CLAM钢的强化机制较为复杂，导致长时时效过程中CLAM钢的强度变化规律复杂。考虑到位错强化、固溶强化和析出强化机制的综合作用，在长时热效应作用下，CLAM钢在时效初期因位错密度降低而弱化，随后因析出细小的M23C6碳化物和Laves相产生析出强化效果，最后因析出相粗化和固溶合金元素含量的降低而弱化。其中，Laves相的析出和粗化会降低CLAM钢的冲击韧性。CLAM钢基体中Laves相的温度—时间—析出曲线呈C型曲线。随着热效应作用时间的延长，CLAM钢中的Laves相体积分数越高，其冲击韧性越低，韧脆转变温度越高。　　在加载循环应变的过程中，CLAM钢的循环塑性应变幅的对数和反向加载次数的对数呈线性关系，符合Coffin-Manson表达式。在加载循环应变初期，CLAM钢在初始1～100周次内发生循环硬化，随后持续软化直至疲劳失效。加载的循环塑性应变是CLAM钢产生疲劳损伤的重要原因。在疲劳损伤不断积累过程中，CLAM钢中的大晶粒消失，析出相数量增多，基体中形成稳定的位错胞和亚晶组织，且小角晶界所占比例随着循环应变幅的增加而降低。尽管加载循环应变能够促进析出相的形核，但因温度较低，CLAM钢基体中的析出相并未发生明显粗化。　　在热效应和循环应变的共同作用下，CLAM钢的循环塑性应变幅与疲劳寿命之间的关系同样符合Coffin-Manson表达式。CLAM钢在高温下因发生动态应变时效导致其应力—应变滞回曲线出现锯齿状波动。此外，CLAM钢的晶粒尺寸、马氏体板条、析出相尺寸和分布状态均随着高温循环加载过程发生变化。温度场和加载的循环应变均有利于CLAM钢中马氏体板条的回复过程。但是析出相的析出和粗化行为在热效应和循环应变的共同作用下更为复杂。高温疲劳过程中，加载的循环应变幅越大，CLAM钢的疲劳寿命越短，即在温度场中暴露的时间越短。综合考虑温度场和循环应变对元素扩散的作用可知，循环应变加载可导致CLAM钢基体中的位错增殖，为间隙原子和合金元素的扩散提供有利条件，促进析出相形核;而温度场为析出相的粗化提供动力，提高其粗化速率，在温度场中暴露时间的长短决定了析出相的尺寸。