黄群英研究员课题组在ODS-CLAM钢研究方面取得新进展

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近期，中科院合肥研究院核能安全所黄群英研究员课题组在耐热抗辐照钢设计方面取得新进展，相关研究成果发表在国际聚变核领域学术期刊 Fusion Engineering and Design 上。博士研究生朱高凡为论文第一作者，黄群英研究员为通讯作者。
　　中国低活化马氏体钢（CLAM）因其良好的机械性能和相对成熟的制备技术被选为聚变堆包层的主要候选结构材料之一。为防止高温软化问题，马氏体钢的上限使用温度通常低于550℃，这极大限制了核电转换效率的提升。而氧化物弥散强化（ODS）方法是提高合金和钢强度的有效途径，针对传统低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢目前多采用添加不同元素纳米氧化物制备ODS-RAFM钢，以提高其上限使用温度，同时通过优化材料热处理工艺以获得更加均匀的微观组织结构和更高的机械强度。

图1 不同正火温度下ODS-CLAM-Zr钢的相分布：（a-g）室温、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1250℃，（h）马氏体相占比

图2 粉末演变过程：（a）CLAM钢雾化粉末的相组织，（b-d）ODS粉末的组织及析出相，（e-f）ODS粉末热处理后的组织及析出相 　  

图3 ODS-CLAM-Zr钢室温拉伸性能：（a）不同热处理工艺下材料的力学性能，（b）与其它材料拉伸性能对比

　　鉴于此，课题组成员通过“机械合金化+热等静压”方法制备了ODS-CLAM-Zr钢，探究了不同热处理工艺对强化钢组织和性能的影响。研究结果表明，ODS-CLAM-Zr钢由残余铁素体和马氏体相组成，且具有典型的双峰结构；强化钢的超细晶粒组织在1250℃热处理温度下仍具有良好的热稳定性，材料室温极限抗拉强度达到1040 MPa，总延伸率为13.8%。与制备工艺相近的其他国际ODS-RAFM钢性能相比，在不损失极限抗拉强度性能的情况下，总延伸率提高了30%以上。
　　相关研究成果从材料制备源头阐明了相组织不均匀的关键因素，获得了较优的热处理工艺，可为双相ODS-RAFM钢研发提供一定借鉴与参考。
　　此研究工作得到中国科学院国际合作项目的资助。
　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2022.113310 　
       文章来源：合肥研究院
        黄群英，研究员，博导，所学术委员会委员。先后获西安交通大学核反应堆工程与安全专业学士及硕士学位、中科院核能科学与工程专业博士，并在中科院等离子体物理研究所工作至今。曾任日本东京大学客座教授和英国Culham科学研究中心高级访问学者，曾在日本国立聚变科学研究所NIFS、北海道大学等单位从事合作研究工作。获安徽省省直机关“优秀女性”、“三八红旗手”和所级优秀工作者等称号。主要从事聚变堆包层设计、聚变堆材料及包层关键技术研发、反应堆物理与屏蔽设计及其先进计算方法与软件的开发研究等工作。先后获国家科技进步三等奖、国家教委科技进步一等奖、安徽省自然科学一等奖等奖励和成果10余项。主持发明了中国低活化马氏体钢，研发的反应堆物理计算软件被大亚湾、秦山等多家核电站和设计院广泛应用于实际反应堆的设计分析中。公开发表学术论文100余篇，申请专利多项。作为项目负责人主持过多项国家自然科学基金和中科院知识创新工程等项目。