铅铋堆紧固件用高硅奥氏体钢的研发取得重要进展

　　铅冷快堆是第四代核能系统中极有应用前景的堆型，堆内起着关键联结作用的紧固件在高温、液态铅铋腐蚀、辐照耦合作用的苛刻环境下长寿期服役，因此紧固件用钢除需要具备耐液态铅铋腐蚀能力外，还需要优良的抗应力松弛能力。
 

　　近期，中国科学院金属研究所特种合金研究部通过合金成分调控，提升“Ni/Cr当量比”，显著延缓紧固件用高硅奥氏体钢在典型服役温度-510℃长时时效时，晶界发生的奥氏体分解现象(γ→M6C+α)。在此思路基础上，通过引入氮元素抑制Ni、Cr、Si、Mo元素在晶界的偏聚，阻碍了长时时效过程中晶界处的奥氏体分解，将其在510℃的高温抗应力松弛能力提升34%，同时耐液态铅铋腐蚀性能不降低(图1)。
 

　　通过两步时效处理，解决了钢中G相与γ′相之间的竞争析出问题，成功将L12-Ni3(Al,Ti)高温稳定相引入高硅奥氏体钢中，研发出紧固件用沉淀强化型高硅奥氏体钢。经600℃长期时效后，未出现显微组织失稳现象(图2)，在510℃服役后应力不松弛(图3)，且仍具有优良耐液态铅铋腐蚀性能(图4)，大幅提高了铅铋堆紧固件的服役安全裕度。
 

　　上述研究成果发表在Scripta Materialia 261 (2025) 116611、Journal of Materials Science & Technology 226 (2025) 270-289、Materials Science and Engineering: A (2024) 146478、Materials Science and Engineering: A 913 (2024) 147063期刊上。第一作者为苏元飞博士，通讯作者为戎利建研究员、严伟研究员和史显波项目研究员。该研究工作得到了中国核工业集团公司领创科研项目和辽宁省自然科学基金资助。
 

图1 含氮高硅奥氏体钢的显微组织、力学性能和耐液态铅铋腐蚀性能
 

图2 L12强化的高硅奥氏体钢在600℃时效前后的显微组织
 

图3 L12强化的高硅奥氏体钢在510℃的高温抗应力松弛性能
 

图4 L12强化的高硅奥氏体钢550℃饱和氧耐液态铅铋腐蚀性能