日前，“國(guó)之重器”——緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置（BEST）項(xiàng)目迎來重要進(jìn)展，超低溫高強(qiáng)韌無磁不銹鋼材料在該裝置實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。這標(biāo)志著我國(guó)攻克了極低溫環(huán)境下材料高強(qiáng)度與高韌性無法兼顧的世界性難題，為核聚變能源發(fā)展鋪就關(guān)鍵基石。

我國(guó)有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。新華社記者 黃博涵 攝

太陽發(fā)光發(fā)熱源于其內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，“人造太陽”就是要造出一個(gè)“太陽”實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電。BEST項(xiàng)目是“人造太陽”的后續(xù)項(xiàng)目，建成后，將在第一代裝置的基礎(chǔ)上，首次演示聚變能發(fā)電。此次應(yīng)用的高端低溫鋼材料由河鋼集團(tuán)張宣科技研發(fā)生產(chǎn)。

如何攻克“卡脖子”技術(shù)難題？如何讓科技創(chuàng)新成果從“實(shí)驗(yàn)室”走向“生產(chǎn)線”？我們到張宣科技尋找答案。

清晨7點(diǎn)，陽光透過外窗灑落在實(shí)驗(yàn)室里，一層淡淡的金色薄紗覆蓋在儀器外表，張宣科技技術(shù)研發(fā)人員陸續(xù)走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室中試基地。

桌前攤開著幾張?jiān)敿?xì)的工藝圖，技術(shù)人員緊盯電腦程序界面，通過變化的工藝曲線，比較著超低溫高強(qiáng)韌無磁不銹鋼材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)……

“逐步降低氮?dú)夂浚凑招驴刂茀?shù)提高真空度，數(shù)值低于預(yù)期便可進(jìn)入產(chǎn)線試生產(chǎn)?！彪S著試驗(yàn)結(jié)果的出爐，歷經(jīng)許久的研發(fā)試驗(yàn)告一段落。

技術(shù)人員正在研發(fā)攻關(guān)。張宣科技 供圖

產(chǎn)業(yè)出卷，科技答題。張宣科技緊緊圍繞國(guó)家重要領(lǐng)域戰(zhàn)略需求，遵循“研究、立項(xiàng)、實(shí)施、轉(zhuǎn)化”的科研思路，利用中科院理化所可控核聚變關(guān)鍵材料中試基地的自身科研優(yōu)勢(shì)，深入調(diào)研實(shí)際需求，精準(zhǔn)把握“材料畫像”及發(fā)展趨勢(shì)，確保研發(fā)課題具備實(shí)際價(jià)值。

緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置工藝系統(tǒng)極為復(fù)雜，其中低溫結(jié)構(gòu)部件是聚變堆超導(dǎo)磁體安全運(yùn)行的關(guān)鍵屏障。

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院等離子物理研究所提供的材料指標(biāo)需求，張宣科技技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)反復(fù)研究摸索，一次次進(jìn)行試驗(yàn)。

“數(shù)據(jù)的矩陣組合及精確計(jì)算經(jīng)常打亂研發(fā)計(jì)劃節(jié)奏，每天的心情也隨著試驗(yàn)的結(jié)果起起落落。成功會(huì)在哪一次呢？或許下次，或許下下次，也或許是第一百零一次?！眲?chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人講述著當(dāng)時(shí)的感受。

最終，在堅(jiān)持不懈的努力下，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，聯(lián)合“智力”資源，成功研發(fā)出超低溫高強(qiáng)韌無磁不銹鋼材料的工藝方案，一舉打破瓶頸。

據(jù)了解，張宣科技作為聚變堆用高端低溫鋼材料攻關(guān)的聯(lián)盟單位，在科研攻關(guān)方面下足功夫。目前已聯(lián)合北京科技大學(xué)等高校、科研院所建立動(dòng)力工程多相流等5個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中試基地，3個(gè)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中試基地，為全面推進(jìn)技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)，全力打造首都科技成果轉(zhuǎn)化與新興產(chǎn)業(yè)孵化基地奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

生產(chǎn)高端材料，過去是邊生產(chǎn)邊摸索，在點(diǎn)滴中改進(jìn)，如今，工藝參數(shù)可直接從實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)生產(chǎn)線。

“現(xiàn)在用‘氮?dú)饣靥睢夹g(shù)，可以精準(zhǔn)控制氮元素的含量?！睆埿萍继夭漠a(chǎn)線工程師蘇愛民指著真空感應(yīng)爐觀察孔，話里帶著喜悅。

10米高的真空感應(yīng)爐內(nèi)液態(tài)合金緩緩流動(dòng)，技術(shù)人員仔細(xì)計(jì)算著熔化周期，觀察狀態(tài)變化。

新材料具有耐低溫、高強(qiáng)度特性，對(duì)氮元素含量有極高的要求。生產(chǎn)過程中為何出現(xiàn)氮元素含量不一樣的情況？答案就藏在工藝中。

技術(shù)人員正在調(diào)整真空冶煉參數(shù)。張宣科技 供圖

“簡(jiǎn)單來說，‘配方’一樣，‘煎熬’的步驟和火候不同，產(chǎn)生的‘藥效’也不同。”蘇愛民介紹，在真空冶煉、電渣重熔、鍛造等工序，調(diào)整合金元素加入順序及加入量，逐步固化真空環(huán)境中的氮元素吸收率，實(shí)現(xiàn)性能的穩(wěn)定。

以往，傳統(tǒng)的做法是在生產(chǎn)過程中逐步摸索工藝變化，耗時(shí)費(fèi)力，而且不能精準(zhǔn)控制材料性能。現(xiàn)在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室里工藝數(shù)據(jù)和操作步驟的嘗試，可直接“著陸”生產(chǎn)線。

“材料成型期能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制，直接輸入變形參數(shù)終端值即可。”蘇愛民說，鍛壓成型的材料下線后，其屈服強(qiáng)度、極限拉伸強(qiáng)度及斷裂韌性等核心指標(biāo)均滿足使用要求，達(dá)國(guó)際前沿水平。

“接下來，我們將錨定國(guó)家重要領(lǐng)域材料使用需求，依托高校、科研院所等科研智力資源，加快前沿技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展?！碧K愛民說。