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中子辐照将会在聚变堆包层结构材料内部产生辐照缺陷和氦等嬗变元素,产生辐照损伤导致结构材料辐照后性能退化,影响聚变堆包层服役安全。聚变中子辐照损伤的影响因素多,其机理尚不明确,而辐照硬化是辐照损伤效应的首要表现形式。因此,明确辐照硬化机制是研究辐照损伤的基础,也是聚变堆包层首选结构材料低活化铁素体/马氏体(Reduced Activation Ferretic/Martensitc,RAFM)钢研究的热点和难点。本论文以研究RAFM钢聚变中子辐照硬化行为和机理为目标,针对FDS团队牵头自主研发的中国低活化马氏体(China Low Activation Martensitic,CLAM)钢开展散裂中子辐照实验,通过开展辐照前后力学性能测试和微观观察,研究了辐照硬化的剂量、温度和氦效应,并就高辐照剂量产生的辐照缺陷和氦泡对辐照硬化贡献的机理进行了探索研究。首先,针对辐照硬化产生的剂量效应开展研究。基于较低温度范围(56-313℃)散裂中子辐照后CLAM钢的拉伸性能和显微硬度,分析了强度和显微硬度随着剂量(5.4-20.1dpa)的变化规律。研究结果表明,在较低的温度范围内,辐照温度对硬化没有明显的影响,强度和硬度增量与剂量呈E指数关系,满足Makin-Minter 理论模型。结合透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)观察,对辐照缺陷和氦泡的尺寸和密度量化分析,发现辐照缺陷尺寸较大(3-20nm),其位错阻挡因子(Barrier Strength)为～0.7,是硬化的主要影响因素。氦泡的尺寸为0.5-1.5nm,其位错阻挡因子为～0.15,对硬化有一定影响。其次,开展了温度对辐照硬化影响的研究。基于较大温度范围(56-471℃)内散裂中子辐照(5.1-20.9dpa)后的CLAM钢拉伸强度、硬度和正电子湮没表征等实验结果,研究了温度对硬化影响规律。结果表明,在低于～270℃时,温度对硬化影响很弱,主要表现为第一部分分析的剂量效应。在高于314℃时,剂量对硬化的作用减弱,在较高温度的作用下,出现明显的硬化回复现象。由于温度和剂量的共同作用,硬化引起的CLAM钢显微硬度上升在270-320℃范围内出现峰值。最后,开展了 CLAM钢硬化的氦效应研究。辐照后硬度和微观结构随剂量的变化规律表明,辐照缺陷和氦泡对硬化都有影响。通过开展辐照后退火实验(600℃/1h)消除辐照缺陷,并在样品中保留氦。基于退火前后显微硬度和TEM微观观察结果,研究了不同剂量氦(248-1564appm)对CLAM钢辐照硬化的影响。分析结果表明,退火前CLAM钢的硬度值与剂量呈E指数关系,而在退火后,由于辐照缺陷的回复,不同剂量下的硬度值均有一定程度降低。退火前,辐照缺陷和氦泡是硬化的两个主要来源,辐照缺陷占主要因素;而退火后,硬化则由氦泡引起。退火后氦泡尺寸为0.5-1.5nm,其对位错移动产生的阻挡因子约为0.15。虽然氦泡尺寸较小,但高密度(～1024m-3)的氦泡对硬化仍有较大的影响。综上所述,本文针对CLAM钢开展剂量、温度和氦对辐照硬化的影响研究,首次获得较高剂量(5.1-20.9dpa)条件下国产低活化钢辐照实验数据。分析了辐照后微观结构变化与力学性能变化的关系,为中国ITER包层结构设计和寿命评估提供数据支持。研究了不同温度下CLAM钢显微硬度变化,获得温度对RAFM钢硬化随剂量变化关系的影响规律。此外,研究分析了较高剂量(13.0-20.8dpa)下氦泡对CLAM钢显微硬度的影响规律,计算得到氦泡的位错阻挡因子。研究成果为促进低活化钢中子辐照硬化机理研究和提高其抗辐照性能具有重要价值。