保障核电站安全稳定运行的最关键部件之一是核反应堆压力容器。目前,使用牌号为A508-Ⅲ的低碳低合金钢来制作压力容器,其成本较低且力学性能优异。但核电站投入运行后,压力容器将受到中子辐照的影响,使得A508-Ⅲ钢发生力学性能退化,产生辐照硬化等现象。其主要原因是,辐照产生的Mn Ni Si纳米团簇及位错环等结构阻碍位错的运动。近年来,国内外部分的核电站运行年限接近初始设计使用年限（40年）,核电站延寿的需求日渐增多。因此,需要理解高辐照剂量下的核电压力容器钢的微观结构演变及力学性能变化,来确保压力容器的安全性。核电用压力容器钢的一般服役温度区间在270～290℃。但根据具体应用堆型及实际工况,压力容器钢所处的最高温度可达约330℃（压水堆）,最低可至约180℃（沸水堆）。但目前大部分研究是在290℃下,关注低辐照剂量（0.1 dpa附近）下的辐照硬化以及辐照缺陷的演变,而相对缺乏对其他辐照温度和高辐照剂量下的辐照硬化及辐照缺陷演变的系统性研究。此外,大量的模拟及实验表明Mn、Ni和Si是主要团簇形成元素,相对于探究Mn和Ni元素对辐照硬化及辐照缺陷演变的影响,研究Si元素影响的研究相对薄弱。由于合金元素之间存在复杂的相互作用,采用简单二元、三元及四元模型合金来研究复杂问题,可便于系统地探索合金元素间的相互作用。因此,本论文以基于A508-Ⅲ钢设计出的Fe-Mn-Ni和Fe-Mn-Ni-Si两种模型合金钢作为研究对象,通过离子辐照模拟中子辐照对材料进行处理,利用纳米压痕测试（NI）、背散射电子衍射技术（EBSD）、聚焦离子束（FIB）、透射电子显微镜（TEM）和三维原子探针（APT）等多尺度表征手段,研究了两种模型合金在不同辐照温度（室温,250℃和350℃）及辐照剂量（0.1 dpa,0.6 dpa和1.5 dpa）下的微观结构演变及力学性能变化。通过对辐照后形成的Mn Ni（Si）团簇进行详细的定量分析,揭示了辐照剂量及辐照温度变化下团簇的演变规律,加深理解了Si元素对团簇演变的重要影响。结合位错环的信息,利用弥散阻碍硬化（DBH）模型研究微观结构变化与力学性能变化之间的关系,探究了团簇及位错环对辐照硬化的贡献,进一步澄清Si元素对团簇、位错环及辐照硬化的影响。此外,对两种模型合金中的大角度晶界进行初步分析,对比研究辐照温度、辐照剂量及Si元素对晶界偏聚的影响。研究主要取得以下成果:（1）系统地阐述了辐照后产生的Mn Ni（Si）团簇的数量密度、体积分数与等效半径在不同辐照温度下随辐照剂量变化的关系,发现了不同辐照温度下团簇成分演变的差异,揭示了相邻团簇之间的合并长大是促进团簇快速长大的原因之一。（2）辐照后产生的Mn Ni（Si）团簇成分的缓慢演变优先于团簇的快速生长,Si的加入延长了团簇成分改变所需时间,并将MnNi（Si）团簇快速生长的开始延迟至1.5 dpa。（3）在不同辐照温度下的Fe-Mn-Ni（-Si）合金中,发现Si元素的添加主要减弱了高数量密度的小位错环产生的硬度增量;随着辐照剂量与辐照温度的增加,高数量密度的团簇的增加是辐照硬化增加的主要来源。同时,也发现了当团簇的数量密度远超过位错环的数量密度时,部分团簇产生强化的机制可能是切过机制的现象尤为严重,这会使得DBH模型的准确度下降。（4）对于大角度晶界上合金元素的偏聚现象,初步探究发现辐照温度及辐照剂量的增加可促进晶界上Mn、Ni和Si元素的偏聚。辐照温度的增加可能会导致晶界上C元素偏聚的减少;而辐照剂量增加到0.1 dpa后,辐照剂量不会促进低偏聚水平的C元素的偏聚进一步减少。同时,Ni和Si原子在晶界上存在竞争关系。在350℃-0.1 dpa的Fe-Mn-Ni合金中的大角度晶界上,发现了等效半径3 nm的具有稳定Mn含量的富Mn析出物。