当“钢铁之躯”直面“熔融之蚀”：揭秘核电用SIMP钢的“抗蚀铠甲”技术

2026-01-28 15:51:59 作者：中国科学院金属研究所来源：中国科学院金属研究所分享至：

当“钢铁之躯”

直面“熔融之蚀”：

创新“材”有道：

揭秘核电用SIMP钢的“抗蚀铠甲”技术

在核能的世界里，有一种极端环境比高温高压更考验材料的“意志”——那就是液态金属的“吞噬”与强辐射的“侵蚀”。传统钢材在此等严苛考验下，往往难以招架，性能衰退，寿命缩短。然而，有一种名为SIMP钢的新型马氏体耐热钢，却像一位身披特制“抗蚀铠甲”的战士，无畏地守护着核反应堆的“心脏”。

一、为何核反应堆内部环境如此“险恶”？

核裂变能系统，尤其是ADS（加速器驱动次临界系统）嬗变系统，其核心部件需要直面多重严苛考验：

“熔融之蚀”：作为冷却剂或靶材的液态铅铋（LBE）等金属，在高温下流动性极强，对大多数金属材料具有强烈的溶解与腐蚀倾向。

“辐射洗礼”：高能中子、离子等辐照会使材料内部产生大量缺陷，导致脆化、肿胀，性能急剧恶化。

“高温高压”：一回路管道、换热器等部件长期工作在高温高压的超临界水或液态金属环境中，对抗氧化和蠕变性能要求极高。

传统材料如T91钢，在抗液态金属腐蚀和抗辐照方面存在短板；而奥氏体不锈钢虽耐腐蚀，却存在活化问题且成本较高。因此，亟需一种兼具优异综合性能的新型结构材料。

二、解决方案：SIMP钢——量身打造的“全能卫士”

针对上述极端挑战，科研人员成功研制出 SIMP（耐液态金属腐蚀马氏体耐热）钢。它并非简单改良，而是通过精妙的成分设计与先进的冶金工艺，赋予钢材一身非凡的“内功”：

“百毒不侵”之体：SIMP钢在高达800℃的空气中仍能保持完全抗氧化。在600℃的饱和氧液态铅铋（LBE）中腐蚀1000小时，其表面生成的氧化膜厚度仍能控制在45微米以内，且与基体结合牢固，有效阻隔了液态金属的进一步侵蚀，其耐蚀性显著优于T91等同类钢种。

“金刚不坏”之身：它拥有卓越的抗辐照能力。在300-450℃下，承受高剂量的氦离子辐照后，材料内部不产生10纳米以上的有害氦泡，有效避免了辐照肿胀和脆化。

“钢筋铁骨”之力：室温下抗拉强度超过800 MPa，屈服强度超过550 MPa，冲击韧性优异。其高温持久强度同样出色，600℃下10万小时的外推持久强度可达约30 MPa，确保在长期服役中稳定可靠。

“兼容并蓄”之智：不仅耐液态金属腐蚀性能突出，其耐超临界水腐蚀性能也可与奥氏体钢TP347相媲美，同时还具备了聚变堆所需的低活化特性，是未来先进核能系统的理想候选材料。

三、这项技术有多成熟？

SIMP钢已从实验室走向工程应用，展现了强大的技术成熟度和应用潜力：

“千锤百炼”出真章：材料已完成5轮5吨级的工业化规模制备，生产工艺稳定可靠，标志着其已步入成熟产品阶段。

“重任在肩”显身手：目前，SIMP钢已被成功应用于CIADS（中国加速器驱动嬗变研究装置）项目中，用于制造诸如包壳管、换热器等关键核心部件，经受实际工程环境的检验。

“性能标杆”立潮头： SIMP钢在高温强度、抗氧化、耐液态金属腐蚀、抗辐照及持久强度等关键指标上，综合表现全面优于或相当于Eurofer97、T91、RAFM等国内外同类先进钢种，树立了核电用耐蚀结构钢的新标杆。

简而言之，SIMP钢就像一位为极端核环境量身定制的“全能卫士”。它凭借一身集耐高温腐蚀、抗强辐照、高强韧性、低活化于一体的“复合铠甲”，成功抵御了液态金属的“熔融之蚀”与强辐射的“无形侵蚀”，为下一代先进核裂变能系统（如ADS）及聚变堆的安全、高效、长效运行提供了不可或缺的关键材料支撑，助力我国在先进核能技术领域占据重要一席。