结构材料是聚变堆包层及未来商用聚变电站的瓶颈问题之一,它关系到聚变能否实现和成功应用。低活化铁素体/马氏体钢由于其具有较低的辐照肿胀和热膨胀系数、较高的热导率等优良性能,以及相对较为成熟的工业技术基础,被普遍认为是未来聚变示范堆和商用聚变电站的首选候选结构材料。FDS团队主持发展了具有自主知识产权的中国低活化马氏体钢——CLAM,且被选作为中国ITER测试包层模块的首选结构材料。随着ITER研究工作的推进,中国ITER测试包层模块的制造任务日益紧迫,而制备出成分和性能合格的批量CLAM钢是包层模块制造的基础。本论文开展了CLAM钢的制备工艺研究,同时开展了其微结构和性能的研究,并将这些结果用于指导工业化规模铸锭的冶炼制备。　　 材料的化学成分、加工工艺和热处理工艺决定了其微观组织,而微结构又决定了宏观力学性能。论文首先开展了CLAM钢成分设计和制备工艺研究。基于中子活化分析计算结果,获得了CLAM钢在未来商用聚变堆中的活化杂质元素控制要求,在此基础上对成分设计进行了优化。冶炼过程中影响材料主成分控制的主要因素是氧化和挥发烧损。借助冶金热力学理论,结合冶炼实践初步解决了合金元素氧化和挥发烧损问题,掌握了CLAM钢制备工艺并在此基础上通过进一步的工艺优化获得了主成分基本合格的吨级CLAM钢铸锭。结合金属学热加工理论和加工实践摸索,获得了CLAM钢的锻造和轧制加工工艺规范。　　 其次,论文开展了热处理工艺制度的优化探索研究。研究了不同淬火条件下,奥氏体化温度和保温时间对硬度的影响。结果表明,增加保温时间降低了CLAM钢硬度。当奥氏体化温度上升至1100℃时,其影响更为明显。此外,当奥氏体化温度不超过980℃时,奥氏体化温度和保温时间对硬度没有明显影响,当奥氏体化温度上升至1050℃时,保温30min和1h的样品硬度均出现明显下降,当奥氏体化温度继续升高至1100℃时,保温30min的样品其硬度有一定程度的提高,但保温1h的样品其硬度将更低。　　 另外,论文研究了CLAM钢正常热处理后的微观组织以及夹杂物、板条束宽度对性能的影响。正常热处理后的微观组织为完全板条马氏体及大量弥散分布的析出相,板条内部分布着高密度的位错。主要析出相为富Cr的M23C6和富Ta的MX(V、Ta),富Cr析出相尺寸为100nm～150nm,主要分布在晶界与板条界处,富Ta析出相尺寸为40nm～50nm,主要分布在板条内和板条边界处。Ta和V在CLAM钢中主要以稳定碳化物TaC和VC存在,通过阻碍位错移动实现强化。电渣重熔降低了氧化铝类夹杂物含量和尺寸,并使其分布变得更均匀,提高了材料强度和塑性,改善了韧性。此外,更大的锻造变形量使得HEAT0603A具有更为细小的马氏体板条,从而具有更高强度。　　 最后本文还对1.2吨铸锭HEAT0912与300kg铸锭HEAT0603A进行了性能对比测试。结果表明HEAT0912强度与HEAT0603A.性能类似,而塑性和冲击性能优于HEAT0603A钢性能。制备出的1.2吨铸锭与300kg铸锭具有良好的性能一致性。在解决成分偏析的前提下,开展更大规模铸锭(～5吨)制备是可行的,也需及早开展相关研究,以为CLAM钢的商业化应用奠定工业基础,并为中国ITER-TBM研制提供材料保证。