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核废料的安全处置是核电发展过程中面临的重要问题，加速器驱动次临界系统（Accelerator Driven Sub-critical System，ADS）是国际上公认的清洁处理核废料的理想方法。低活化铁素体/马氏体钢因其具有优异的热物理特性、力学性能和较好的抗辐照肿胀性能，被誉为未来ADS重要的候选结构材料之一。ADS结构复杂，焊接是重要的制造环节，尤其是安全容器、加速器束流管、堆芯支撑结构等部件在建造过程中均不可避免地需要焊接组装。焊接后，焊接热影响区(HAZ)组织复杂，往往成为焊接接头过早失效的主要部位;焊缝金属是与母材成分相近的粗大铸态组织，综合力学性能常不如母材，导致焊接接头的性能不均匀。同时，ADS部件在工作过程中要承受高温、辐照及液态Pb-Bi合金腐蚀，服役条件苛刻，因此，焊接质量的好坏是影响ADS安全性及可靠性的重要因素。9Cr2WVTa钢是在原T/P91钢的基础上，采用W、V、Ta等低活化元素来代替Mo、Nb、Ni，使其成为ADS散裂靶的结构候选材料，然而相应材料的焊接性、配套焊材的研制、焊接工艺及Pb-Bi相容性在国内尚处于空白阶段。本论文从散裂靶结构材料9Cr2WVTa钢的焊接性、焊接材料、焊接工艺及Pb-Bi相容性方面对其进行深入研究。论文的主要研究内容和结论包括: (1)测定了9Cr2WVTa钢基本热物性参数，采用实验与模拟相结合的方法校核了该材料的钨极氩弧焊(GTAW)焊接热源，抽取特征焊接热循环曲线，通过热力物理模拟试验机获得HAZ微区宏观尺寸的力学性能试样。通过对不同碳含量和硅含量下9Cr2WVTa钢HAZ组织和力学性能分析可知，低碳下形成的大块状δ铁素体和高碳下形成的孪晶马氏体是恶化材料冲击韧性的主要因素。HAZ的抗拉强度随着硅含量的提高呈先升高后降低的趋势，这是由于Si元素的固溶强化和δ铁素体的软化竞争所致。焊接热循环的峰值温度和合金元素含量影响HAZ中δ铁素体的形貌、大小及数量。当一次焊接热循环得到的粗晶区经历二次焊接热循环后，由于相变再结晶所形成的细小晶粒使得过临界再热粗晶区的冲击韧性明显提高，而晶粒长大、组织粗化以及迅速长大的δ铁素体则进一步恶化了未变再热粗晶区的冲击韧性。因此，在实际焊接生产过程中，多层多道焊应尽可能采用小规范多道次填充，以分散减小粗晶区和未变再热粗晶区的面积。 (2)在550℃静态Pb-Bi腐蚀环境下，对不同硅含量下9Cr2WVTa钢母材和HAZ进行实验。结果表明，典型氧化膜结构分为三层，依次为外层氧化膜、内层氧化膜和内氧化层。外层氧化膜为PbO·xFe2O3和Fe3O4，内层氧化膜主要为FeCr2O4。随腐蚀时间的延长，氧化膜厚度的增长速率有所减慢，腐蚀速率降低。随硅含量的增加，母材和HAZ相应区域的氧化膜厚度逐渐减小。Si元素的添加促进了Cr元素和Si元素在内层氧化膜和内氧化层的界面处富集，形成SiO2以及Cr2O3物质，阻碍了氧离子的向内扩散和金属离子的向外扩散，有效地提高了材料的抗Pb-Bi腐蚀性能。相同成分下，9Cr2WVTa钢HAZ氧化膜厚度，尤其是粗晶区和细晶区的氧化膜厚度，显著大于母材的氧化膜厚度。晶界上富Cr的M23C6碳化物在氧化过程中被优先氧化成Cr2O3，阻碍了氧沿晶界的快速扩散通道，降低氧化初期的氧化速率。 (3)基于降碳提锰及微合金化的思想，设计了不同碳、锰和钛含量的9Cr2WVTa钢配套焊材，对其熔敷金属组织和力学性能进行表征。熔敷金属的典型微观组织由马氏体和δ铁素体组成。表层焊缝呈柱状晶，δ铁素体沿马氏体板条间呈条带状分布。中部焊缝组织均匀并呈典型的等轴状。δ铁素体呈蠕虫状分布在原奥氏体晶界。熔敷金属中锰含量的提高会改变焊缝金属的凝固模式，进而降低熔敷金属中δ铁素体的含量。熔敷金属中δ铁素体含量过高会使冲击韧性显著降低。增加奥氏体化合金元素，CCT曲线中的“牛鼻子”点将会向右下方移动，材料淬透性提高，但高淬硬的马氏体也会恶化材料的冲击韧性。随着熔敷金属中钛含量的增加，富钛析出相颗粒尺寸增加到了1μm。在冲击载荷作用下，裂纹在碳化物内部和碳化物/基体的界面处形成，导致力学性能显著降低。 (4)选用优选焊材对9Cr2WVTa钢进行焊接工艺性实验，初步探索了9Cr2WVTa钢GTAW焊接工艺规范。焊态条件下，焊缝金属的强度明显高于母材，冲击韧性相对较低，正弯试样出现开裂。焊后热处理(750℃/2h)条件下，焊接接头拉伸试样断裂在焊缝部位，抗拉强度与母材相当，焊缝金属的冲击韧性显著提高，达141.9J，弯曲实验未出现开裂，实现了等强等韧匹配。