随着经济的快速发展以及人口数量的迅速增加,清洁能源将成为决定人类未来发展的关键性因素,其中核能被认为是清洁能源重要组成部分。钍基熔盐堆作为第四代先进核能系统的一种候选堆型,具有固有安全性高、核废料少、扩散风险低等优点,但由于其运行温度较高及传热介质的强腐蚀性,其结构材料的性能面临严峻的挑战。UNS N10003镍基合金虽可满足熔盐堆结构材料的性能要求,但其成本过高。国内外研究表明双金属复合板能兼具耐腐蚀,耐高温和成本低等优点,因此开发一种熔盐堆用双金属复合板对于解决熔盐堆结构材料的经济性问题具有重要的理论和工程意义。本研究选择耐热性能优异的316H不锈钢作为复合板基层材料,选择UNS N10003镍基合金及N4（纯镍）作为复层材料。在探究热轧工艺阶段,首先采用N4为复层,进行N4-316H复合板轧制实验,通过逐渐加大压下量的方法设计轧制工序,研究轧制过程中的界面微观组织形貌演变、元素扩散机制以及界面氧化物生成机制,然后针对性地研究了热处理工艺参数对复合板力学性能的影响,在此基础上开展以UNS N10003合金作为复层的复合板轧制实验,以尝试获得满足高温熔盐环境应用的双金属复合板。通过对比基层和复层的抗氧化性能,以确定其组坯方式。结果表明相对于316H不锈钢,N4耐氧化性能不佳、高温强度低。UNS N10003合金含有6%左右的Cr,具备一定的抗氧化性,但仍低于316H不锈钢。因此为了在轧制过程中保护复层,采用N4和UNS N10003合金板材置于内侧、316H不锈钢板材置于外侧的对称组合组坯方式。N4-316H复合板轧制工艺共设计7个道次,始轧温度1200℃,轧制的总压下率为67.6%,分别在轧制3、5和7道次后停止轧制并取样研究。实验结果表明,当轧制至3道次时,金属之间近距离结合,微观组织有轻微畸变,界面两侧板材都为等轴晶粒,元素扩散不甚明显。轧制至5道次时,316H的晶粒受轧制影响被拉长、晶格出现畸变,界面附近观察到元素扩散,由于较高的轧制温度,N4进行了完全再结晶,因此始终维持等轴晶状态。轧制至7道次时,316H组织为被拉长的畸变晶粒,但在界面处主要为被轧碎的细晶组织,N4组织依然维持50-80μm的粗大等轴晶状态,界面附近Ni、Fe元素充分扩散,而Mo元素不扩散导致其在316H侧界面富集。从固相复合阶段上看,N4-316H复合板在3道次到5道次间处于物理接触阶段与物理化学阶段,无明显可见的扩散作用与冶金结合特征。至轧制7道次时为扩散阶段,主要元素在此阶段进行了充分扩散,最终形成冶金结合的状态。轧制过程中,N4-316H复合板界面观察到主要成分为Mn的黑色氧化物,轧制初期压下作用微弱,氧化物呈黑色颗粒状且沿界面方向分布;随着轧制的进行,氧化物量逐渐增加,由于压下作用,氧化物沿界面呈长条状分布;至轧制后期,O元素消耗殆尽,新的氧化物不再产生,但由于压下作用持续,致使氧化物破碎并沿界面分布。通过氧化物形成吉布斯自由能计算,显示高温低氧环境下,Si、Mn更易被氧化,但材料中Si的含量很低,最终呈现出来的为Mn的氧化物。选用不锈钢去应力处理、纯镍退火处理、不锈钢固溶处理三种热处理工艺对N4-316H复合板进行热处理,并研究了三者对N4-316H复合板拉伸性能和剪切性能的影响。不锈钢去应力处理可以使N4组织适当回复再结晶,一定程度上消除316H的热轧应力;而采用纯镍退火处理可以细化N4晶粒,完全消除其内应力,并部分消除316H的内应力;不锈钢固溶处理可以使316H回复为稳定的等轴奥氏体晶粒,消除加工硬化,提高延伸率,但较高的热处理温度会导致N4晶粒过度生长。纯镍退火处理后复合板的性能较为理想,两种板材拥有较为接近的力学性能,因而可以使复合板的力学性能更好。在对材料剪切强度要求较高的情况下,采用纯镍退火处理能使复合板兼具两种材料的优秀性能。若N4层仅起到耐腐蚀作用,从基体的力学性能及其稳定性的角度出发,不锈钢的固溶处理工艺也有其优势。因此,在实际生产中具体采用何种热处理工艺应当以具体工况要求为准。通过N4-316H复合板制备研究,获得了初步结论后,对UNS N10003-316H复合板进行了轧制实验,并研究了其热处理工艺,时效和冷热循环处理对其界面的影响。UNS N10003-316H复合板经过基本的固溶处理后,界面呈现三个主要特征:在远离界面处两种金属均可观察到有碳化物沿晶界析出,在界面两侧均存在大量细小晶粒的复杂组织,界面处UNS N10003侧有大量链状碳化物沿晶界析出。时效处理使复合板释放了应力,长时间的保温使其界面处扩散作用更加彻底、冶金结合更强、碳化物有长大倾向;冷热循环处理使界面处析出了更多碳化物,且界面处沿晶界析出的链状碳化物更细小,在远离界面处析出的碳化物数量不如经过时效处理与固溶处理后的多。最后本文以三种实际工况条件下处理后的UNS N10003-316H复合板试验了其耐熔盐腐蚀性能并进行了对比,腐蚀后的结果显示:长时间时效处理后UNS N10003-316H复合板耐熔盐腐蚀最好,只经过固溶处理的复合板次之,冷热循环处理后UNS N10003-316H复合板的耐熔盐腐蚀性能最差。