1、由于“安全”、“清潔”、“持久性”的特點，聚變能被認為是永久解決世界能源危機的方案之一。包層是聚變反應堆實現(xiàn)氚燃料增殖、能量轉換及輸出的關鍵部件。在目前國際熱核聚變實驗堆ITER設計方案中，包層服役溫度約450℃，等離子體燃耗造成的循環(huán)周次約為20000～50000次，燃耗持續(xù)時間約500s左右?？紤]到地震和運行過程中等離子不穩(wěn)定等因素帶來的影響，循環(huán)周期可能會達到十萬次，這對聚變堆包層結構材料的抗高溫疲勞性能提出了極高的要求。中國低活

2、化馬氏體鋼(CLAM)是中國ITER實驗包層的首選結構材料，其在高溫循環(huán)載荷作用下的力學行為，不僅是ITER TBM結構和服役壽命設計的基礎，也是材料通過相關法規(guī)標準認可實現(xiàn)工業(yè)應用的基本要求之一;同時理解材料在疲勞過程中的損傷機理對于進一步優(yōu)化材料的成分與加工工藝，研發(fā)新型聚變堆結構材料具有重要意義。
　　本論文主要針對ITER高溫脈沖載荷的服役工況和CLAM鋼認證需求，開展CLAM鋼在450℃和550℃下的疲勞實驗，并根據(jù)實驗

3、結果建立了CLAM鋼在循環(huán)載荷作用下的壽命預測模型和力學行為隨時間變化的本構方程。本研究旨在分析溫度、應力等因素對CLAM鋼疲勞壽命及應力應變等行為的影響機理，同時獲得CLAM鋼的高溫疲勞特性，為CLAM鋼認證和中國ITER TBM包層的設計奠定基礎。
　　首先，本文研究了應力控制模式下CLAM鋼的高周疲勞行為，分析了應力循環(huán)加載下疲勞極限與斷裂行為。研究結果表明循環(huán)周次在105～107時隨著應力幅度的減小CLAM鋼疲勞壽命逐漸升

4、高。450℃和550℃下CLAM鋼的條件疲勞極限為275±5MPa和235±5MPa。通過最小二乘法和Basquin方程建立了CLAM鋼疲勞壽命預測模型，并分別依據(jù)近似歐文單側公差極限法和雙側置信區(qū)間法建立了CLAM鋼的疲勞設計S-N曲線，通過與測試結果比較表明近似歐文單側公差極限法能夠更為安全的預測材料的疲勞壽命。斷口分析表明樣品表面萌生的裂紋向材料基體內部擴展是材料疲勞失效的主要原因。
　　其次，本文分析了CLAM鋼在450℃

5、和550℃下應變控制的低周疲勞行為。研究結果表明，疲勞壽命隨著溫度的升高略微降低，這一現(xiàn)象在低應變幅下更為明顯。在應變控制過程中，隨著循環(huán)周次的增加，峰值應力演化呈現(xiàn)較為明顯的三個階段:在數(shù)十個周期內峰值應力迅速降低，然后軟化速率逐漸趨于穩(wěn)定，直至最后突然失效。彈性模量隨著循環(huán)周次的演化過程表明可以用彈性模量表征材料在循環(huán)載荷作用下的損傷程度。最后通過分析CLAM鋼的微觀結構演化過程，表明位錯密度降低和亞晶的融合長大是材料強度降低的主要