低活化钢作为一种重要的结构材料,被广泛运用于核聚变反应堆中。为了研究氢元素对低活化钢弹性模量的影响趋势,并分析其作用机理,本文采用第一性原理的方法模拟Fe-Cr系合金基体在H原子介入后的弹性模量变化,并制备不同热处理工艺下的低活化钢试样,用电化学充氢方法和压缩力学实验方法,研究淬火试样与时效试样在充氢前、后的弹性模量变化趋势,结合其显微组织进行机理分析。本文通过第一性原理计算得知,对于以bcc-Fe为基础、Cr原子占据中心取代位的2×2×2超晶胞基体模型,氢原子在占据其中心位置紧邻的八面体间隙位置后,基体模型的弹性常数产生显著变化,计算出的体弹性模量、剪切模量以及杨氏弹性模量都有明显的降低。本文认为,在间隙位置插入氢原子后,原基体模型的晶格强度下降,原子间结合能降低,使得模型的弹性模量降低。本文对低活化钢试样的电化学充氢实验及压缩力学实验表明,对于990℃淬火的低活化钢试样,电化学充氢流程显著影响了弹性性能,充氢试样的杨氏弹性模量低于不充氢试样。对于990℃淬火后400℃恒温时效4h的低活化钢试样,电化学充氢流程对弹性模量没有明显的改变,充氢试样与不充氢试样的杨氏弹性模量几乎一致。结合二者的显微组织表征结果,本文认为,以典型的板条马氏体为基础的淬火钢试样组织中,大量的位错、畸变、孔洞等缺陷成为氢重要的附着点,这些附着点能够捕获一定浓度的氢,因而氢对淬火钢试样弹性模量的影响较为显著;在产生了显著重结晶及晶粒生长现象的时效钢试样组织中,缺陷的密度相比于淬火试样大大降低,对氢的吸收程度也因此降低,因而氢对时效钢试样弹性模量的影响并不显著。第一性原理模拟计算与后续的电化学及力学实验的结果相互印证:氢能够降低低活化钢的弹性模量。本文认为,附着于低活化钢组织中缺陷位置的氢,倾向于降低基体中原子间的结合能,使得原子在外应力下的位移变得更加容易,宏观表现为弹性模量的降低。本文的研究结果有助于理解低活化钢在间隙原子影响下的力学性能变化机理,对低活化钢的性能提升和热处理工艺设计具有一定的指导意义。