鉛冷快堆是第四代核能系統中極有應用前景的堆型，堆內起著關鍵聯結作用的緊固件在高溫、液態鉛鉍腐蝕、輻照耦合作用的苛刻環境下長壽期服役，因此緊固件用鋼除需要具備耐液態鉛鉍腐蝕能力外，還需要優良的抗應力松弛能力。
 

　　近期，中國科學院金屬研究所特種合金研究部通過合金成分調控，提升“Ni/Cr當量比”，顯著延緩緊固件用高硅奧氏體鋼在典型服役溫度-510℃長時時效時，晶界發生的奧氏體分解現象(γ→M6C+α)。在此思路基礎上，通過引入氮元素抑制Ni、Cr、Si、Mo元素在晶界的偏聚，阻礙了長時時效過程中晶界處的奧氏體分解，將其在510℃的高溫抗應力松弛能力提升34%，同時耐液態鉛鉍腐蝕性能不降低(圖1)。
 

　　通過兩步時效處理，解決了鋼中G相與γ′相之間的競爭析出問題，成功將L12-Ni3(Al,Ti)高溫穩定相引入高硅奧氏體鋼中，研發出緊固件用沉淀強化型高硅奧氏體鋼。經600℃長期時效后，未出現顯微組織失穩現象(圖2)，在510℃服役后應力不松弛(圖3)，且仍具有優良耐液態鉛鉍腐蝕性能(圖4)，大幅提高了鉛鉍堆緊固件的服役安全裕度。
 

　　上述研究成果發表在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。第一作者為蘇元飛博士，通訊作者為戎利建研究員、嚴偉研究員和史顯波項目研究員。該研究工作得到了中國核工業集團公司領創科研項目和遼寧省自然科學基金資助。
 

圖1 含氮高硅奧氏體鋼的顯微組織、力學性能和耐液態鉛鉍腐蝕性能
 

圖2 L12強化的高硅奧氏體鋼在600℃時效前后的顯微組織
 

圖3 L12強化的高硅奧氏體鋼在510℃的高溫抗應力松弛性能
 

圖4 L12強化的高硅奧氏體鋼550℃飽和氧耐液態鉛鉍腐蝕性能