为了早日实现核聚变能的安全应用,国内外研究团队已经对核聚变反应堆的设计和制造做了大量的研究。目前普遍认为,在未来聚变示范电站及商用电站中,液态金属由于良好的物理化学性能被认为可以作为包层模块中的氚增殖剂和冷却剂,而包层所用结构材料的第一选择是低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)。CLAM钢作为中国自主研发的RAFM钢,其成分在商业化生产中十分适用,是未来我国聚变堆首选结构材料。焊接技术是包层模块制造中必不可少的技术,而CLAM钢在焊后的性能与母材相比有很大差异。在聚变堆运行过程中,包层结构材料需要在恶劣的环境下长期工作,容易受到液态金属的腐蚀。因此,针对结构材料的工作条件,研究CLAM钢焊接接头在高温液态Pb-Bi中的耐蚀性能对实现聚变反应堆的安全运行具有重要意义。本文利用课题组自主研制的腐蚀试验装置对CLAM钢TIG焊接接头在550℃高速流液态Pb-Bi合金中的腐蚀行为展开了研究,腐蚀时间为1000h。主要研究了相对流速和热处理工艺对CLAM钢TIG焊接接头在液态Pb-Bi中耐蚀性能的影响,流速分别为1.70m/s、2.31m/s、2.98m/s,热处理工艺分别为未经热处理、710℃/0.5h、760℃/0.5h、810℃/0.5h、760℃/1.5h、760℃/2.5h回火。研究发现:在动态腐蚀试验中,CLAM钢焊接试样表层被液态Pb-Bi合金明显腐蚀,表层生成了明显的双层氧化层结构,内氧化层FeCr2O4由表面向内生长,外氧化层Fe3O4由表面向外生长。在外氧化层表面发现有Pb、Bi渗透进来,生成了大量的PbFe4O7。热影响区的整体耐蚀性能要优于焊缝区。腐蚀形式主要是氧化和磨损腐蚀,氧化过程主要是元素Fe、Cr、O、Pb、Bi的扩散迁移过程。氧化的速率随腐蚀时间的延长而降低,腐蚀后期,磨损腐蚀是液态金属腐蚀的主要形式。相对流速的提高加快了元素扩散迁移,并在2.98m/s时表面生成了新相Bi-Fe-O。同时,随着相对流速的提高,在达到2.31m/s及以上时,液态Pb-Bi对外氧化层的磨损腐蚀也越严重,且内氧化层中产生裂纹的倾向也越来越大。在相对流速为2.98m/s时,随着回火温度的提高,试样的耐蚀性能呈现先提高后降低的趋势,在760℃时试样的耐蚀性能达到最佳。在相对流速为2.31m/s时,随着回火时间的延长,CLAM钢焊接试样的耐蚀性能并没有呈现统一的变化趋势,综合考虑材料的耐蚀性能及力学性能,回火时间在1.5h左右时最佳。腐蚀结果表明,相对流速对液态Pb-Bi腐蚀过程的影响是一个复杂的过程:流速太低,达不到传质和冷却效果;流速太高,缩短结构材料的使用寿命。焊接后对试样的回火处理有效地提高了结构材料焊接接头的耐蚀性能,且最佳的焊后热处理工艺是760℃/1.5h后空冷。马氏体组织形态是CLAM钢耐蚀性的决定因素,分布均匀且尺寸均匀细小的马氏体组织以及马氏体组织晶界析出的碳化物能够显著地提高CLAM钢的耐蚀性能,延长CLAM钢在未来聚变反应堆实际应用中的使用寿命。