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核电是目前世界各国正在大力发展的新型能源，尤其是热效率高、污染小的先进核聚变反应堆发电技术得到了国家的全面支持。相比奥氏体不锈钢，低活化铁素体/马氏体钢不仅具有优良的力学性能、较低的热膨胀系数、较高的热导率，而且还具有优良的抗肿胀和抗辐照脆性等特性，是未来聚变示范堆和第一座聚变动力堆的首选候选结构材料之一。低活化铁素体/马氏体钢中的析出相包括M23C6碳化物和MX型碳氮化物。材料经长期服役后，M23C6长大速度太快，不能有效地钉扎位错运动和阻碍晶界、板条界迁移，这会导致材料持久强度的不断降低。而MX氮化物具有较高的热稳定性，利用氮化物强化的耐热钢具有较常规马氏体耐热钢更优的高温蠕变性能。
本文将以传统低活化马氏体钢的化学成分为基础，通过纯净化冶炼与合金成分优化设计，以开发一种综合力学性能优异的氮化物强化低活化马氏体钢。
通过对Mn含量进行优化，研究了Mn对材料组织和力学性能的影响，Mn为0.47％时不能得到全马氏体组织，而Mn增加到0.85％以上即能有效抑制δ铁素体的生成，得到全马氏体组织。随着Mn含量的降低，材料的AC1点线性增加，且Mn可以在不损害塑性的前提下起到一定的固溶强化作用。
论文研究了低Mn氮化物强化低活化钢NS0的组织与力学性能。该钢具有较为优异的塑性及高温拉伸性能，但冲击韧性极差。通过对材料微观组织的研究可知，双相组织的存在导致基体中出现析出相分布不均匀现象，进而讨论了δ铁素体的存在对材料力学性能的影响。
论文研究了高Mn氮化物强化低活化马氏体耐热钢NS1和NS2的组织与力学性能。通过研究正火与回火处理对组织和力学性能的影响，确定其热处理制度为980℃/30min正火+650℃/90min回火。两种钢具有优异的拉伸强度，同时能保持很好的塑性，但冲击韧性极差。由于Mn含量高导致回火温度降低，大量N在固溶强化的同时引起基体的脆化。研究了Mn在晶界上的偏聚及奥氏体晶粒的形成，进而讨论了其对性能的影响。回火温度较低、夹杂物含量高及Mn偏聚所形成的奥氏体小晶粒是造成NS1、NS2钢冲击韧性较差的主要原因，因此必须进行化学成分的优化及热处理制度的调整。
论文研究了优化后的氮化物强化低活化马氏体钢NS5和NS6的组织和力学性能。通过研究回火温度对组织及力学性能的影响，确定其热处理制度为980℃/30min正火+750℃/90min回火。通过对比分析两种材料的微观组织与力学性能发现，经750℃回火的NS6钢，其中夹杂不是诱发其解理断裂的真正原因，化学成分的差异才是关键因素。进而分析了析出相及其分布对晶粒尺寸的影响，唯象地解释了晶粒尺寸对DBTT的影响。
论文研究了时效时间对氮化物强化低活化马氏体钢NS1、NS2、NS6组织和力学性能的影响。通过观察NS1、NS2钢经不同时效时间的微观组织，分析了短期时效和长期时效过程中Laves相及基体的演变，进而讨论了力学性能在不同时期的退化趋势。观察NS6钢的微观组织随时效时间的演变规律，并与NS1、NS2钢进行对比分析可知，由于Mn含量的降低抑制了奥氏体的形成，消除了W的富集，使得Laves相的析出明显推迟。
本文成功地开发出一种综合力学性能优异的新型氮化物强化低活化马氏体耐热钢NS5钢，其屈服强度达到565MPa，-20℃半尺寸试样的冲击功达到113J，在DBTT降到-20℃以下的同时，能保持良好的塑性。