低活化马氏体钢熔炼中钽烧损机制研究

国际上普遍认为低活化铁素体/马氏体钢（RAFM）是聚变堆的首选结构材料。中国低活化马氏体钢CLAM被选作是中国聚变包层及未来商用聚变堆的首选结构材料。前期研究发现，RAFM钢熔炼制备过程中最严重的问题之一是微合金元素Ta的成分控制问题。而Ta的成分控制主要依赖于Ta的烧损控制，目前国际上Ta的成分控制经验并未见报道，烧损机制尚未见阐明。Ta是CLAM钢中的基本合金元素之一，其含量的微小改变将对CLAM钢性能产生显著影响。如何精确控制Ta含量是低活化钢制备技术发展中的关键问题之一。本项目主要通过冶炼实验、微观分析和数值模拟相结合的方法，研究Ta的烧损机理，探索Ta含量的控制方法，为中国聚变堆结构材料CLAM钢的工业化规模制备提供理论支持和实验数据指导。本研究对中国聚变堆结构材料的及早应用具有重要意义。

中国低活化马氏体（CLAM）钢具有低活化、抗辐照肿胀、优良的力学和热物理性能以及，被选为中国ITER测试包层（TBM）首选结构材料。Ta作为影响CLAM钢性能的关键合金元素之一，其烧损问题是低活化钢冶炼的关键问题之一。项目针对中国低活化马氏体钢熔炼中钽烧损机制进行了深入的研究。首先通过理论分析了Ta元素的挥发及氧化等热力学特性；其次通过冶炼实验研究合金原料块度、脱氧工艺优化等因素对Ta烧结的影响，获得合金元素烧损规律；再次通过SEM和三维原子探针观察CLAM 钢中Ta 在夹杂物和析出相中的存在形式，掌握了Ta 在钢中的存在形式及形成规律；最后综合分析得到了Ta的烧损机制，并在此基础上优化了现有的熔炼工艺，最终实现Ta的精确控制。制备了不同Ta含量的CLAM钢，研究了高温奥氏体化工艺对Ta析出行为的影响规律，并通过测试不同Ta含量的CLAM钢的拉伸、冲击和蠕变等力学性能，获得了Ta含量变化对CLAM钢性能的影响规律，为CLAM钢成分进一步优化提供支持。相关研究成果已经用于6吨级CLAM钢冶炼。