#三分钟讲科普#

核燃料贮运搁架是核燃料循环的关键设备，被广泛应用在核燃料的运输贮存，而核燃料又对搁架材料有着严格苛刻的要求，需要其具备优异的中子吸收能力以及高延伸率。此前这种材料因制作工艺高度困难，导致国家长期严重依赖进口，存在卡脖子风险。

在太钢集团、中国核动力研究设计院、中国核电工程有限公司三方的倾力合作下，核燃料贮运搁架所需的功构一体六边形NCT257硼不锈钢无缝钢管系列产品通过了中国核能行业协会的技术鉴定。

此次材料突破是国内首创，一步登天达到了国际先进水准，具备优秀的效益前景。

燃料棒的工艺之难

或许在许多人眼中，神秘莫测的核技术与我们的日常生活相隔万里，但实际上核技术早已融入到我们的生活当中。根据统计，核技术与国民经济制造业43个细分领域的30%行业有所关联，其中包括工业、医学、农业甚至环保当中，并且核技术还被应用于油田测井以及考古航天等等，可以说核技术已经成为未来创新发展的重中之重。

核技术动力系统的核心就是核反应堆，核反应堆由燃料棒、慢化剂、控制棒三大部件组成。其中核聚变燃料棒作为储存核燃料的容器，无疑是最关键的部位，它存在目的是为了让核聚变形成反应并产生能量，同时让反应堆保持在一个平稳状态长期运行。

核燃料棒由浓度为30%的铀235金属陶瓷制成，军用领域武器级的铀235浓度则提升至90%以上。它是由几百个直径、高度分别为一厘米的芯块堆叠在一起，大多单个长度约为四米，当然不同应用需求需要不同规格的设计。

芯块的模样如同轴承里的滚珠，它们统一被装进韧度高、重量轻的铍合金细管内，再用硼不锈钢六边无缝钢管进行最后包装，一个核反应堆芯至少需要上百根这样的芯管构成。

此次材料突破就是在不锈钢六边无缝钢管上，有人可能会质疑这种钢管很难制造吗？答案是极端困难，否则这种材料也不会困扰我国长达数年之久。

首先解释下为什么核燃料棒钢管是六边形，其实我们也可以使用四边形，但自然现象告诉我们，六边形是最稳定耐用的钢管结构。譬如野外蜂巢便是密密麻麻的六边形，风吹日晒一整年也不会出现变形，而核燃料棒的工作环境是极其恶劣的，钢管强度必然需要经受住更严格的考验。

而从生产角度而言，钢管含硼是为了使其在热处理工艺中具备更优异的淬透性，并且硼这种元素还具备吞噬中子的功能，压水型反应堆以防意外底部都有通硼酸液管道，当事故发生时，硼酸液的释放能尽可能减少核污染。高硼不锈钢也因此在反应堆屏蔽体、乏燃料贮存格架、乏燃料运输容器、乏燃料后处理等诸多领域都有着重要应用。

但要知道硼的熔点高达2180度，在冶炼含硼不锈钢时，只有极其精准的掌控熔点才能使其与金属完美融合，否则它就会分离出来，丧失原本的功能。

生产角度的第二个难点就是制造工艺，无缝钢管的穿孔加工工艺分为热轧和冷拨两种，热轧适用于管壁偏厚的钢材，冷拨适用于偏薄的钢材，二者虽工艺方式不同，但归根结底都是对钢管管坯进行拉伸延长。

六边异形管对于拉伸延长工艺有着近乎苛刻的误差标准，无论是管壁还是任意一边，都要求厚度和误差值保持在允许标准内，一旦任何一个数值出错超标，整个管道都彻底报废。并且高硼不锈钢的的凝固组织含有大量硬脆共晶硼化物，在热加工过程中极易产生表面裂纹甚至碎裂，制造工艺难度之高令人咋舌，中国也因此长期受限于该材料加工，一直需要依赖进口来解决内需，是十分危险的卡脖子工业技术。

其实在早期，对于核燃料棒的外包装钢管，我们可以采用18-8型奥氏体不锈钢来进行替代制造。但随着国际上对于核安全等级的要求逐渐提高，核安全设备的材料也需要更加可靠、稳定的钢材去升级制造，我们这才不得不去采购硼不锈钢六边无缝钢管。

但关于核技术燃料的战略性钢材，西方可以随心所欲的对我们进行禁运以及抬价，我们对此又缺乏自主制造能力，这种头悬利剑、脚履薄冰的感觉自然不好受，为此我们自能加大研发力度，早日突破困局。

冲云破雾新成就

早在2021年5月，山西太钢就主动承担起这份责任，勇担国家使命联合多家企业着手展开攻关任务。三年时间转眼而逝，太钢在研发工程中，逐步攻克了热成形能力差、硼化物分布不均、圆变六方开裂等先前困扰我国数年的难题。

2022年4月，太钢完成第一批产品的试制，根据客户提出的宝贵意见不断调整方案策略。在不断的改善精进中，前几日太钢所生产的功构一体六边形NCT257硼不锈钢无缝钢管终于通过了中国核能协会的新产品技术鉴定，并且太钢所生产的钢管中子吸收性能、室温断后延伸率均高于国外产品8%~20%，这无疑是一个巨大的惊喜。

太钢所生产的功构一体六边形NCT257硼不锈钢无缝钢管，既满足了核燃料棒包裹功能，又提升了钢管结构的整体强度，代表了我国钢铁工业的巨大进步和提升，也展现了中国无与伦比的工业研制能力。

而山西太钢不锈钢股份有限公司，作为全球不锈钢行业的领军者，于1997年10月在太钢集团的公开募集下设立。多年以来太钢不锈公司专注于研发不锈钢为主的特殊钢材，截止今日已经拥有年产450万吨不锈钢的庞大生产能力，坐拥国家不锈钢材料重点实验室和理化实验室等平台，持有核心技术更是不计其数，是当之无愧的国家钢铁担当。

对于未来创新道路，太钢表示将在NCT257硼不锈钢无缝钢管的研发基础上，继续进行核技术高端材料的一系列研发，在相关产业链上充当急先锋的领军角色，助力祖国核技术行业的持续高质量发展!

国产工业水平，此前数年可以说遭受到些许民众有失偏颇的强烈质疑，要知道经济全球化是自然发展趋势，国际分工更是全球调控的自发结果，任何产品的生产源头都是市场基于成本和效率所作出的最佳选择。

最后，无论是核技术的NCT257硼不锈钢无缝钢管材料的成功突破，还是圆珠笔钢柱的出手生产，都代表了我国目前极高的工业生产水平以及创新研发决心，祖国工业不应该遭受内部质疑，更何况是不公的偏见。在此希望祖国工业日新月异、精益求精，早日成为世界高端工业引领者。