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金屬所成功制備ADS系統用5噸級SIMP鋼

2016-04-05 09:42:49 作者：本網整理來源：

加速器驅動次臨界ADS（Accelerator Driven Subcritical）系統是未來先進核嬗變能系統，不僅可以用以處理高放核廢料，將其變為低放核廢料，還可以利用期間產生的核能發電。ADS系統由加速器、散裂靶、反應堆三部分組成，其中散裂靶用結構材料需要同時具有耐高溫、抗輻照、抗液態金屬腐蝕等性能，目前國內外還沒有可供參比的同類材料，因此其研發具有挑戰性。

　　在中科院核能先導專項“未來先進核裂變能—ADS嬗變系統”的支助下，中國科學院金屬研究所楊柯、單以銀研究團隊在過去的5年時間內，完成了具有自主知識產權的散裂靶用結構材料—新型耐高溫抗輻照抗液態金屬腐蝕馬氏體耐熱鋼SIMP鋼的成分、組織設計與優化，及其各項性能的評價與研究等多方面工作，申請與SIMP鋼相關發明專利10余項。

　　SIMP鋼的制備是決定其性能的關鍵，其制備的難點主要有：難熔金屬元素的熔解、超純鐵的制備、易活化元素含量的控制、成分均勻性控制、全部馬氏體組織的獲得等。自2011年，課題組相繼完成了近百爐25公斤級實驗室規模SIMP鋼的冶煉，在SIMP鋼的主元素和活化元素的控制以及鋼的純凈化冶煉方面積累了豐富的研究經驗。在2012年完成了500公斤級SIMP鋼的冶煉，成分得到嚴格控制，其中S含量可低至5ppm。2013年對SIMP鋼的成分進行了進一步的優化，并完成了1噸級SIMP鋼的冶煉，同時為其它研究組提供了研究所需的焊接材料和管材。2014年完成了2噸級SIMP鋼的冶煉，明確了鑄錠在規模增大后可能產生的制備技術難點，如成分均勻性問題。在總結以上冶煉經驗的基礎上，于2015年9月采用真空感應+真空自耗的工藝方法成功完成了5噸級SIMP鋼的第一輪冶煉。SIMP鋼的制備過程由小到大的整個歷程如圖1所示。5噸級SIMP鋼鑄錠形貌如圖2所示。化學成分分析結果表明，5噸級鑄錠的主元素均為最佳成分點，S、P等雜質元素含量均控制在極低水平，Ni、Mo、Al、Nb、Ti、Co等各類活化元素的含量也均控制在極低水平。鍛造和熱處理后的顯微組織形貌觀察表明（圖3），5噸級SIMP鋼獲得了全馬氏體的目標組織，各項常規力學性能均優于核電目前用同類鋼種T91鋼。2016年1月完成了5噸級SIMP鋼的第二輪冶煉，進一步完善和固化了SIMP鋼的大規模冶煉工藝。