聚变实验堆包层在稳定运行和服役过程中承受恒定载荷作用的同时,还可能承受脉冲载荷等复杂载荷的综合作用,使结构材料产生蠕变-疲劳交互损伤,因此,针对包层结构材料开展蠕变-疲劳损伤行为及机理研究对聚变堆包层的设计与优化具有重要的科学意义和工程价值。本文以中国抗辐照低活化结构钢(CLAM钢)为研究对象,开展了高温550℃、真空5x10-3 Pa下应变控制的低周疲劳和蠕变-疲劳实验研究,旨在探究CLAM钢的低周疲劳和蠕变-疲劳力学行为和失效机理,获得保载时间、应变幅和保载方式对CLAM钢真空蠕变-疲劳力学行为的影响规律与机制,确保CLAM钢在聚变实验堆、甚至未来聚变堆服役环境下的安全运行。本论文主要研究内容与结论如下:首先,研究了高温真空环境下CLAM钢在不同应变幅控制下的疲劳力学行为。结果表明:循环载荷下,峰值应力持续软化。0.5%应变幅疲劳失效后,CLAM钢位错密度由2.4×1014m-2降为0.2×1014m-2,板条宽度由0.7μm粗化为1.3μm。基于位错强化和亚晶强化理论,位错密度降低和板条粗化造成应力下降。前奥氏体晶粒尺寸和析出物尺寸变化不大,对应力软化的贡献不大。基于疲劳寿命与弹/塑性应变关系分析,建立CLAM钢的Manson-coffin模型,疲劳寿命随应变幅增大而减小,并同其他RAFM钢真空环境中疲劳寿命相当。同时,对比CLAM钢在真空环境和大气环境中的疲劳寿命,真空环境中的疲劳寿命更优。分析裂纹扩展轨迹显示,真空环境存在两种裂纹萌生扩展模型。其次,在研究高温真空环境下低周疲劳行为的基础上,引入峰值载荷保载,分析了压缩保载方式下的蠕变-疲劳交互力学行为。压缩保载方式下,CLAM钢产生循环软化和应力松弛现象,除板条粗化分解、亚晶形成和位错密度下降的影响以外,析出物的粗化和亚晶向晶粒转化同样产生影响,并基于EBSD分析和位错滑移/攀移分析,揭示了大角度晶界的形成机制。保载对裂纹萌生和蠕变空洞形核的促成是蠕变-疲劳较纯疲劳寿命下降的微观原因。另外,保载时间和应变幅的增大,产生更为明显的应力松弛,并造成蠕变-疲劳寿命下降。低应变幅控制下的蠕变-疲劳寿命较纯疲劳寿命下降54%,而高应变幅控制下寿命下降39%,这说明低应变幅控制下的蠕变-疲劳更容易发生交互作用。最后,引入拉伸保载并同压缩保载对比,进一步研究了不同保载方式对CLAM钢蠕变-疲劳力学行为的影响。结果表明:拉伸保载方式下,CLAM钢仍会产生循环软化和应力松弛现象。CLAM钢的蠕变疲劳对拉伸保载更为敏感,这不同于大气环境下的压缩保载敏感性。除去氧化这一外部因素的影响,应力松弛是保载方式敏感性的根本原因,而平均应力并非主导因素。通过断裂行为分析显示,拉伸保载较压缩保载更能促进主裂纹的扩展,且在稳态扩展阶段拉伸保载更容易形成空洞和次级裂纹,促进裂纹的进一步扩展并加速材料的断裂失效。