可移动小型铅冷快堆的“减重减容”需求对堆内中子屏蔽材料提出了更高的轻量化与高效化要求,中子屏蔽材料的“结构/功能一体化”是针对“减重减容”需求的重要发展方向。钆（Gd）具有较大的热中子反应截面,不锈钢中添加Gd可显著提高材料的热中子屏蔽性能,高钆不锈钢实现“结构/功能一体化”将有望大幅降低屏蔽系统的重量和体积。但是,Gd在钢中固溶度较低,通过传统熔炼工艺制备的高钆不锈钢中,Gd形成的硬脆金属间化合物严重破坏了材料的力学性能,造成了其屏蔽性能与力学性能的矛盾性,材料难以实现“结构/功能一体化”。据此,本文基于氧化物弥散强化（oxidedispersionstrengthening,ODS）理论,以铅堆候选结构材料316L不锈钢为基体材料,设计并制备了富钆ODS-316L钢,实现了基体中大量纳米含钆氧化物的弥散分布,提高了材料的中子屏蔽性能与高温力学性能。主要研究内容及结果如下:1)含Gd量设计是保证材料热中子屏蔽性能的基础,富钆ODS-316L钢的制备是实现成分设计与微观组织设计的关键。本文基于辐射防护理论设计了不同含Gd量的Gd-316L,当含Gd量为1 wt%时,材料的热中子屏蔽性能远优于商业高硼钢,其热中子通量十倍衰减层的厚度仅为含硼量为2 wt%高硼钢厚度的1/2。通过优化的“机械合金化+放电等离子体烧结”粉末冶金工艺,成功制备了Gd2O3和Gd添加形式下高致密度的两种富钆ODS-316L钢,分别记为1.2Gd2O3-ODS 和 1.0Gd-ODS。2)纳米含钆氧化物析出相的析出机理是实现Gd在不锈钢中纳米弥散分布控制的理论基础。Gd2O3和Gd在机械合金化过程中均可“固溶”到316L基体中,在粉末烧结过程中与基体中的O和Si结合并以纳米Gd-Si-O的形式“再析出”,因此两种富钆ODS-316L钢中含钆析出相的主要相结构均为简单单斜结构Gd2SiO5。不同的是,Gd2O3在机械合金化过程中由BCC结构演化为底心单斜结构并逐渐“固溶”到316L基体中,1.2Gd2O3-ODS中分布有尺寸小于5 nm的底心单斜结构Gd2O3;而Gd在机械合金化过程可逐渐“固溶”到316L基体中,1.0Gd-ODS中存在有FCC结构的纳米Gd单质颗粒。因“固溶-再析出”机制的不同导致了二者的析出相分布状态并不相同:1.2Gd2O3-ODS中20 nm以下析出相弥散分布在晶内,而1.0Gd-ODS中析出相更多的分布在晶界附近与晶界处。3)建立微观组织与宏观力学性能的关联性是深入理解富钆ODS-316L钢高温形变机理的前提。1.2Gd2O3-ODS和1.0Gd-ODS均具有“纳米晶+微米晶”的双重晶粒基体特征和弥散分布的纳米析出相特征,细晶与粗晶的平均尺寸和占比以及析出相的平均尺寸相近,因此二者具有相近的显微维氏硬度、室温和550℃高温强度,且显微硬度与强度均高于商用高硼钢。但是,1.0Gd-ODS分布在晶界或三叉晶界处的析出相加速了多晶晶界滑动产生空洞与微裂纹的速度,导致了其550℃延伸率（9.40±1.1%）低于其室温延伸率（12.30±2.1%）;而 1.2Gd2O3-ODS中析出相分布弥散且尺寸相对均匀,在高温条件下晶内可动位错的增多与析出相阻碍位错能力的减弱使其550℃延伸率（13.18±1.6%）高于其室温延伸率（8.16±1.3%）。综上所述,通过粉末冶金工艺制备的1.2Gd2O3-ODS具有较优的高温力学性能与热中子屏蔽性能。未来可通过进一步调控材料的成分与微观组织结构,获得更优的高温力学性能,以推动其工程实际应用。