一、項目背景及研發思路

快堆是我國核電三步走”戰略的重要環節，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；“節流”——通過嬗變減少核廢料長期放射性危害；“安全”——具備鈉冷優勢，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、供熱等發展。600MW示范快堆更是目前我國實現工程化應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，其中316H主要用于制造堆主容器、中間熱交換器等主設備2.25Cr1Mo主要用于制造蒸汽發生器；SA-516Gr.70主要用于制造堆頂固定屏蔽裝置，基本實現了600MW示范快堆關鍵裝備材料（板材）的全覆蓋。通過研發，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，破解了國外產品不滿足快堆設計要求、國內企業無法實現自主化生產的困局。

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協會組織的科技成果鑒定，達到國際領先水平。

二、創新點及關鍵技術

創新點一：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

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難題，采取關鍵技術主要為：

316高溫鐵素體由液態到固態凝固過程的產物，通過后續軋制、固溶處理難以去除。實際生產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，實現高溫鐵素體控制由此創新開發出高溫鐵素體回溶晶粒細化耦合技術實現了鐵素體含量穩定控制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，無法通過常規固溶處理得到消除的技術難題，采取關鍵技術如下：

實行兩階段控軋生產第一階段采取高溫大壓下，即變形溫度1050℃、單道次壓下量≥15%，發生連續動態再結晶；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，抑制發生非連續動態再結晶，或者不發生再結晶。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及心部產生靜態再結晶且不發生晶粒長大。由此創新開發出多階段控軋和分階段均衡熱處理的再結晶組織控制新技術，實現了80mm全厚度晶粒度由級穩定控制在級，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難題，采取關鍵技術如下：

一是成分優化。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”形成，進而有效改善鋼板敏化處理后抗晶間腐蝕性能。因此創新開發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，使得316晶間腐蝕合格率由50%左右提高至95%以上

創新點二：316H奧氏體不銹鋼板頭尾性能均勻性、穩定性控制新工藝

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要求的技術難題，采取關鍵技術為：

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生靜態再結晶，晶粒尺寸基本一致，有效控制頭尾性能波動。因此創新開發出奧氏體不銹鋼控軋控冷多級固溶處理技術，使鋼板頭尾屈服強度和沖擊韌性波動范圍控制在10MPa30J以內，滿足指標要求。

創新點三：轉爐雙聯冶煉、電渣重熔生產高純凈耐熱合金鋼技術

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

采用三步法冶煉生產，即轉爐雙聯法冶煉爐外精煉電渣重熔，最大限度提高鋼質純凈度；通過對系數元素（SiMnSn）含量進行優化（50），控制帶狀組織，保障鋼板綜合性能創新開發出純凈鋼三步法冶煉生產技術，將回火脆性系數引入帶狀組織控制，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（現有技術只能滿足90%）的技術難題，采取關鍵技術如下：

依據2.25Cr1Mo連續冷卻曲線，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。開發出“正火弱冷高溫回火”貝氏體組織精細控制技術，實現室溫和高溫抗拉強度窄區間協調匹配，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、疲勞循環周次和蠕變極限，國內外無實物數據的技術難題，采取關鍵技術如下：

重點對金相組織進行精準調控，通過優化正火冷卻速度，實現對鋼中鐵素體含量調控。鋼中保留0.5%~1%鐵素體，能夠提高的協調變形能力，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、疲勞循環周次和蠕變極限結果均滿足快堆使用需求。

創新點四：深度控軋正火處理，細化晶粒、析出強化及位錯強化復合技術

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難題，采取關鍵技術主要為：

首先采用深度控軋工藝終軋溫度降低到800℃左右，實現厚度1/4T位置晶粒細化，達到10μm；其次進行成分優化，采用高碳、中錳處理，實現第二相粒子 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，實現厚度方向梯度再結晶，厚度1/4T位置保留一定的位錯并形成位錯強化創新開發出超低溫終軋梯度再結晶組織控制技術，實現細晶強化（10μm第二相粒子析出強化（≤20nm VN位錯強化復合作用，保障鋼板綜合性能。

本項目獲授權發明專利12，建立個專利群，其中申報PCT美、法、日、韓）專利，在化學成分、生產方法、產品質量、裝備制造等方面實現布局

三、技術水平及應用推廣

技術水平：本項目于2023月通過了由中國鋼鐵工業協會組織的科技成果鑒定，達到國際領先水平。與國內外先進鋼鐵企業對比如下：

應用推廣：本項目研發鋼種成功應用于霞浦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四代快堆配套材料的企業，滿足特殊時期保供需求。

四、行業進步及經濟和社會效益

行業進步：本項目研發的三個鋼種能夠有力地支撐我國各種核電技術發展，尤其對于1000MW快堆裝備材料一體化、可控核聚變超低溫結構材料、高溫氣冷堆堆內構件以及華龍一號、國和一號汽水分離再熱器等關鍵裝備材料優化具有極強的借鑒作用。

經濟效益本項目實現新產品推廣2223創效25282.91

社會效益有效推動核電、軍事等技術發展，突破能源地緣依賴，增強國家能源主權一是重大工程關鍵材料自主化，解決“卡脖子”難題”，實現“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，戰略意義顯著！能夠使鈾資源利用率提升60倍以上，實現核廢料資源化

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