一、項目背景及研發(fā)思路

快堆是我國核電三步走”戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)，主要作用在于：“開源”——通過增殖燃料解決核燃料資源枯竭問題；“節(jié)流”——通過嬗變減少核廢料長期放射性危害；“安全”——具備鈉冷優(yōu)勢，提升裝備固有安全性；“多能”——作為高溫高效能源，有效支持電力、制氫、供熱等發(fā)展。600MW示范快堆更是目前我國實現(xiàn)工程化應(yīng)用的首個四代核電項目

為滿足示范快堆裝備及材料一體化研發(fā)需求，本項目重點開展了316H奧氏體不銹鋼、2.25Cr1Mo耐熱合金鋼、SA-516Gr.70低合金高強度鋼研發(fā)，其中316H主要用于制造堆主容器、中間熱交換器等主設(shè)備2.25Cr1Mo主要用于制造蒸汽發(fā)生器；SA-516Gr.70主要用于制造堆頂固定屏蔽裝置，基本實現(xiàn)了600MW示范快堆關(guān)鍵裝備材料（板材）的全覆蓋。通過研發(fā)，從根本上解決了上述材料面臨的“組織控制難、性能波動大、長時性能缺、模焊（SPWHT，下同）強度低”等“卡脖子”難題，破解了國外產(chǎn)品不滿足快堆設(shè)計要求、國內(nèi)企業(yè)無法實現(xiàn)自主化生產(chǎn)的困局。

本項目于2020年確定為一期1025課題，202年成功通過驗收。并于2023年通過中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定，達到國際領(lǐng)先水平。

二、創(chuàng)新點及關(guān)鍵技術(shù)

創(chuàng)新點一：奧氏體不銹鋼鐵素體含量控制及多階段軋制、分階段均衡熱處理技術(shù)

1）針對316H連鑄坯軋制厚度≥20mm鋼板的δ鐵素體含量≥5%，電渣重熔軋制鋼板的δ鐵素體含量≥2%，且鋼板越厚，δ鐵素體越難去除的技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)主要為：

316高溫鐵素體由液態(tài)到固態(tài)凝固過程的產(chǎn)物，通過后續(xù)軋制、固溶處理難以去除。實際生產(chǎn)中采用連鑄坯電渣重熔工藝，有效控制鍛軋過程溫度時間及處理工序，實現(xiàn)高溫鐵素體控制由此創(chuàng)新開發(fā)出高溫鐵素體回溶晶粒細化耦合技術(shù)實現(xiàn)了鐵素體含量穩(wěn)定控制0.5%以下，滿足鐵素體含量＜1%要求。

2）針對奧氏體不銹鋼軋制易形成混晶，無法通過常規(guī)固溶處理得到消除的技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)如下：

實行兩階段控軋生產(chǎn)第一階段采取高溫大壓下，即變形溫度1050℃、單道次壓下量≥15%，發(fā)生連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶；第二階段采取低溫小壓下，即變形溫度800900℃、單道次壓下量5%左右，抑制發(fā)生非連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶，或者不發(fā)生再結(jié)晶。之后再進行600℃、1000℃和1050℃三階段分級固溶處理，控制鋼板表面、1/4T及心部產(chǎn)生靜態(tài)再結(jié)晶且不發(fā)生晶粒長大。由此創(chuàng)新開發(fā)出多階段控軋和分階段均衡熱處理的再結(jié)晶組織控制新技術(shù)，實現(xiàn)了80mm全厚度晶粒度由級穩(wěn)定控制在級，滿足實際工程需要

3）針對中碳含量奧氏體不銹鋼（0.03%）高溫長時間敏化處理后，晶間腐蝕能力下降技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)如下：

一是成分優(yōu)化。將含量控制在標準下限（0.04%），并向鋼中加入少量0.05%）強化物形成元素Nb，實現(xiàn)固Cr；二是實行晶界控制。通過兩階段控軋獲得相對細小均勻的晶粒，避免亞晶和高能晶界的產(chǎn)生。同時采取多階段均衡熱處理，消除晶界上析出的(CrFe)₂₃，防止“貧鉻區(qū)”形成，進而有效改善鋼板敏化處理后抗晶間腐蝕性能。因此創(chuàng)新開發(fā)出基于晶界工程控制的中碳奧氏體不銹鋼316H敏化處理后抗晶間腐蝕技術(shù)，使得316晶間腐蝕合格率由50%左右提高至95%以上

創(chuàng)新點二：316H奧氏體不銹鋼板頭尾性能均勻性、穩(wěn)定性控制新工藝

針對316H鋼板頭尾性能無法滿足屈服強度波動≤30MPa和沖擊韌性波動50J要求的技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)為：

采用在線控軋控冷工藝，減少鋼板頭尾軋制、冷卻溫度偏差，固溶處理時頭尾同步發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，晶粒尺寸基本一致，有效控制頭尾性能波動。因此創(chuàng)新開發(fā)出奧氏體不銹鋼控軋控冷多級固溶處理技術(shù)，使鋼板頭尾屈服強度和沖擊韌性波動范圍控制在10MPa30J以內(nèi)，滿足指標要求。

創(chuàng)新點三：轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)冶煉、電渣重熔生產(chǎn)高純凈耐熱合金鋼技術(shù)

1）針對CrMo鋼帶狀組織偏析易引起高溫服役時晶界脆化，導(dǎo)致高溫長時性能惡化技術(shù)難題，采用關(guān)鍵技術(shù)如下：

采用三步法冶煉生產(chǎn)，即轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉爐外精煉電渣重熔，最大限度提高鋼質(zhì)純凈度；通過對系數(shù)元素（SiMnSn）含量進行優(yōu)化（50），控制帶狀組織，保障鋼板綜合性能創(chuàng)新開發(fā)出純凈鋼三步法冶煉生產(chǎn)技術(shù)，將回火脆性系數(shù)引入帶狀組織控制，提出基于 SiMnSn 50 的控制范圍，有效消除或減輕鋼板全厚度帶狀偏析。

2）針對CrMo鋼室溫抗拉強度585MPa限制下，高溫SPWHT強度無法滿足要求（現(xiàn)有技術(shù)只能滿足90%）的技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)如下：

依據(jù)2.25Cr1Mo連續(xù)冷卻曲線，精準控制貝氏體、鐵素體臨界冷卻速度，通過“正火弱冷”有效細化貝氏體板條束，“高溫回火”精準調(diào)控第二粒子均勻、彌散析出，進而抑制SPWHT后合金滲碳體的析出長大，確保室溫及高溫性能均滿足指標要求。開發(fā)出“正火弱冷高溫回火”貝氏體組織精細控制技術(shù)，實現(xiàn)室溫和高溫抗拉強度窄區(qū)間協(xié)調(diào)匹配，確保SPWHT500℃、530℃和550℃溫度下抗拉強度不小于400MPa380MPa358MPa

3）針對2.25Cr1Mo快堆工況下的高溫持久強度、疲勞循環(huán)周次和蠕變極限，國內(nèi)外無實物數(shù)據(jù)的技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)如下：

重點對金相組織進行精準調(diào)控，通過優(yōu)化正火冷卻速度，實現(xiàn)對鋼中鐵素體含量調(diào)控。鋼中保留0.5%~1%鐵素體，能夠提高的協(xié)調(diào)變形能力，強度得到增強，鈍化裂紋擴展，進而增強鋼的強韌性，提高鋼板高溫長時性能。確保鋼板高溫持久強度、疲勞循環(huán)周次和蠕變極限結(jié)果均滿足快堆使用需求。

創(chuàng)新點四：深度控軋正火處理，細化晶粒、析出強化及位錯強化復(fù)合技術(shù)

針對低合金C-MnSPWHT200℃～400℃高溫強度無法滿足快堆使用要求的技術(shù)難題，采取關(guān)鍵技術(shù)主要為：

首先采用深度控軋工藝終軋溫度降低到800℃左右，實現(xiàn)厚度1/4T位置晶粒細化，達到10μm；其次進行成分優(yōu)化，采用高碳、中錳處理，實現(xiàn)第二相粒子 VN20nm)析出強化；第三有效控制鋼板正火工藝，通過高溫短時處理，實現(xiàn)厚度方向梯度再結(jié)晶，厚度1/4T位置保留一定的位錯并形成位錯強化創(chuàng)新開發(fā)出超低溫終軋梯度再結(jié)晶組織控制技術(shù)，實現(xiàn)細晶強化（10μm第二相粒子析出強化（≤20nm VN位錯強化復(fù)合作用，保障鋼板綜合性能。

本項目獲授權(quán)發(fā)明專利12，建立個專利群，其中申報PCT美、法、日、韓）專利，在化學(xué)成分、生產(chǎn)方法、產(chǎn)品質(zhì)量、裝備制造等方面實現(xiàn)布局

三、技術(shù)水平及應(yīng)用推廣

技術(shù)水平：本項目于2023月通過了由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定，達到國際領(lǐng)先水平。與國內(nèi)外先進鋼鐵企業(yè)對比如下：

應(yīng)用推廣：本項目研發(fā)鋼種成功應(yīng)用于霞浦1號、2號核電機組，滿足國家重大工程急需并得到用戶認可。鞍鋼已成為全球唯一一家依靠自身裝備生產(chǎn)四代快堆配套材料的企業(yè)，滿足特殊時期保供需求。

四、行業(yè)進步及經(jīng)濟和社會效益

行業(yè)進步：本項目研發(fā)的三個鋼種能夠有力地支撐我國各種核電技術(shù)發(fā)展，尤其對于1000MW快堆裝備材料一體化、可控核聚變超低溫結(jié)構(gòu)材料、高溫氣冷堆堆內(nèi)構(gòu)件以及華龍一號、國和一號汽水分離再熱器等關(guān)鍵裝備材料優(yōu)化具有極強的借鑒作用。

經(jīng)濟效益本項目實現(xiàn)新產(chǎn)品推廣2223創(chuàng)效25282.91

社會效益有效推動核電、軍事等技術(shù)發(fā)展，突破能源地緣依賴，增強國家能源主權(quán)一是重大工程關(guān)鍵材料自主化，解決“卡脖子”難題”，實現(xiàn)“雙碳”目標，社會效益巨大！助力減少標準煤消耗360萬噸、CO排放900萬噸。二是大幅提升核燃料利用率，保障能源長期安全，戰(zhàn)略意義顯著！能夠使鈾資源利用率提升60倍以上，實現(xiàn)核廢料資源化

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