金属所成功制备ADS系统用5吨级SIMP钢

2016-04-05 09:42:49 作者：本网整理来源：

加速器驱动次临界ADS（Accelerator Driven Subcritical）系统是未来先进核嬗变能系统，不仅可以用以处理高放核废料，将其变为低放核废料，还可以利用期间产生的核能发电。ADS系统由加速器、散裂靶、反应堆三部分组成，其中散裂靶用结构材料需要同时具有耐高温、抗辐照、抗液态金属腐蚀等性能，目前国内外还没有可供参比的同类材料，因此其研发具有挑战性。

　　在中科院核能先导专项“未来先进核裂变能—ADS嬗变系统”的支助下，中国科学院金属研究所杨柯、单以银研究团队在过去的5年时间内，完成了具有自主知识产权的散裂靶用结构材料—新型耐高温抗辐照抗液态金属腐蚀马氏体耐热钢SIMP钢的成分、组织设计与优化，及其各项性能的评价与研究等多方面工作，申请与SIMP钢相关发明专利10余项。

　　SIMP钢的制备是决定其性能的关键，其制备的难点主要有：难熔金属元素的熔解、超纯铁的制备、易活化元素含量的控制、成分均匀性控制、全部马氏体组织的获得等。自2011年，课题组相继完成了近百炉25公斤级实验室规模SIMP钢的冶炼，在SIMP钢的主元素和活化元素的控制以及钢的纯净化冶炼方面积累了丰富的研究经验。在2012年完成了500公斤级SIMP钢的冶炼，成分得到严格控制，其中S含量可低至5ppm。2013年对SIMP钢的成分进行了进一步的优化，并完成了1吨级SIMP钢的冶炼，同时为其它研究组提供了研究所需的焊接材料和管材。2014年完成了2吨级SIMP钢的冶炼，明确了铸锭在规模增大后可能产生的制备技术难点，如成分均匀性问题。在总结以上冶炼经验的基础上，于2015年9月采用真空感应+真空自耗的工艺方法成功完成了5吨级SIMP钢的第一轮冶炼。SIMP钢的制备过程由小到大的整个历程如图1所示。5吨级SIMP钢铸锭形貌如图2所示。化学成分分析结果表明，5吨级铸锭的主元素均为最佳成分点，S、P等杂质元素含量均控制在极低水平，Ni、Mo、Al、Nb、Ti、Co等各类活化元素的含量也均控制在极低水平。锻造和热处理后的显微组织形貌观察表明（图3），5吨级SIMP钢获得了全马氏体的目标组织，各项常规力学性能均优于核电目前用同类钢种T91钢。2016年1月完成了5吨级SIMP钢的第二轮冶炼，进一步完善和固化了SIMP钢的大规模冶炼工艺。