铅铋合金是第四代快冷堆的候选冷却剂之一,因其优异的物理化学性能,有望大幅提高核反应堆的运行安全性。然而该冷却剂与结构钢的相容性问题依旧是制约其在核能领域大规模工业化应用的主要因素。氧化与溶解是两种不同溶解氧浓度的静态铅铋合金中的材料腐蚀失效机制。尽管国内外已经开展不少关于结构钢在流动铅铋中的腐蚀行为研究,但受制于动态腐蚀实验设备的搭建和维护难度,铅铋动态腐蚀实验依旧主要局限于层流环境下,极端冲刷条件下材料冲蚀行为的相关研究极为罕见。而探讨冲刷腐蚀与氧化、溶解等传统腐蚀失效模式的相互作用的机制目前还未见国内外公开文献报道。本研究自行搭建了铅铋动态腐蚀实验平台,通过改进腐蚀实验装置设计,让动态腐蚀实验条件不再局限于0°攻角,引入攻角接近90°的流态。本研究选取T91铁素体/马氏体钢和304N奥氏体不锈钢分别作为测试材料进行了 400℃下长达1000小时的腐蚀实验。针对T91铁素体/马氏体钢,合金元素或氧元素扩散动力学,以及计算流体力学(CFD)模拟的传质结果被用于解释外氧化层生长/减薄平衡机制。基于凹凸界面处高曲率强化的氧化层生长内应力的理论,成功解释了冲刷孔洞(凹面)的磁铁矿型氧化层分化为疏松层和致密层的反常现象。此外,基于上述理论,本研究提出了一种凹凸界面拐点处应变不匹配诱发氧化层贯穿型裂纹的全新机制,这种贯穿型裂纹构成了铅铋进一步侵蚀T91钢基体的前提。对铅铋侵蚀路径的电子背散射衍射(EBSD)分析表明:合金基体的次表层区域出现等轴状纳米晶+薄片晶的梯度变形带,这种梯度塑性变形组织显著影响铅铋侵蚀路径。本研究还借助高分辨透射电镜深入表征了 T91钢氧化层/基体界面处高密度位错塞积群内纳米尺度的柯垂尔气团,并首次讨论了柯垂尔气团在材料氧化中的作用。针对304N奥氏体不锈钢,本研究采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、电子背散射衍射(EBSD)等手段多尺度表征了材料在低流速垂直冲刷下的冲蚀-腐蚀耦合行为。本研究提出了次表层化学成分和力学性能退化的观点探讨冲蚀与腐蚀交互作用机制。化学成分退化导致局部失稳氧化,而力学性能退化导致局部开裂以及沿裂纹的溶解腐蚀。动态腐蚀实验结果表明:对T91钢和304N钢来说,即便在低铅铋流速下,攻角的改变也会显著影响材料的腐蚀表现。在冲蚀、氧化、溶解等多种腐蚀行为交互作用下,垂直冲刷的表面呈现加速腐蚀的趋势。明确不同腐蚀失效模式的交互作用机制,对铅基堆内长期在极端铅铋流动状态服役的主泵叶轮材料的选型及腐蚀防护具有重要的参考价值。