钒合金具有低活化、低辐照肿胀率、高热稳定性以及与液态Li相容性好等优点,成为未来核聚变堆候选结构材料之一。但是,钒合金熔点高且化学性质活泼,其基体不发生固态相变,造成其塑性加工困难,并且难以通过热加工细化其晶粒。同时,作为聚变堆结构材料,钒合金的服役环境恶劣,需长期承受高通量高能(～14 MeV)中子辐照,可能导致其结构演化和力学性能的劣化。所以,很有必要研究钒合金的显微结构在变形、热处理和辐照过程中的演化,为改善加工工艺和预测服役性能变化提供理论指导。本文以自行冶炼的V-4Cr-4Ti合金为研究对象,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜分别对V-4Cr-4Ti合金在铸态、变形、热处理、辐照等处理方式下的显微结构进行了观测;并利用维氏显微硬度仪对不同状态的样品进行了硬度测量。最后对自行冶炼的大尺寸V-4Cr-4Ti合金铸锭进行了热加工,研究了合金板材的拉伸性能、冲击性能。重点讨论了 V-4Cr-4Ti合金再结晶形核机制、晶粒细化问题以及辐照诱导的结构演化,获得如下创新性结果:发现钒合金的再结晶形核优先发生于变形晶粒的晶界,并据此提出位错塞积导致晶界附近畸变增大,诱发再结晶形核的机制。同时,提出利用大变形导致的位错塞积群晶内交割以及板条状析出相的位错阻挡效应促进晶内再结晶形核的方案,并在实验中得到验证。发现在钒合金中的辐照诱导的孪生现象,提出辐照诱导的孪生源于辐照产生过饱和空位,过饱和空位聚集成空位盘,空位盘崩塌导致层错形成,伴生的横向切变对应孪生切变。这个机制意味着辐照诱导孪生可能成为一种吸收辐照诱导点缺陷的方式。发现钒合金的板条状时效诱导析出相对位错产生钉扎效应,使部分位错结构在经历高温离子辐照后仍然存在。利用钉扎效应,在合金冷变形之前进行时效诱导析出,可以显著地强化合金。但是,析出相在辐照期间会发生分解,故这种强化效果在辐照期间可能并不稳定。辐照诱导的析出相和时效诱导的析出相在尺寸、分布、成分、取向等方面有很大差异。利用形变再结晶,提出两个细化钒合金铸态粗晶的方案。方案一:合金冷变形至不低于真应变0.36后,在1100～1200℃等温处理60min。方案二:合金在10 s-1+1150℃(ε+T)的条件下进行热变形,之后在变形温度等温处理5 min。通过方案一晶粒细化后的合金的再结晶晶粒具有较好的热稳定性,晶粒长大具有明显的滞后性。在方案二中,热变形会极大加速之后合金静态再结晶,因为前者给后者提供了足够的再结晶核心和再结晶驱动力。冶炼出50 kg级别的V-4Cr-4Ti合金铸锭,其中铸锭的主要杂质C、N、O含量为310ppm,达到国际先进水平。铸锭成分均匀,组织均匀,无宏观偏析。热加工后的合金板材的力学性能随热处理工艺的不同而变化明显,达到的最佳性能为(同一样品)屈服强度553 MPa,抗拉强度611 MPa,伸长率17.5%,韧脆转变温度低于-100℃,与国际最高水平基本持平。