隨著我國核電事業(yè)的快速發(fā)展,部分核能設備的設計變得更加精密復雜,這部分核能設備若采用傳統(tǒng)制造工生產,則存在生產周期長、制造工序多的問題,而采用增材制造工藝可以實現(xiàn)具有復雜精密結構設備的高效生產。
不銹鋼具備優(yōu)良的耐氧化性能、力學性能和抗腐蝕性能,在核電領域具有廣泛的應用。尤其是福島事故之后,不銹鋼(如 FeCrAl 鐵素體不銹鋼材料、316Ti 和 15–15Ti 奧氏體不銹鋼等)被選為輕水堆耐事故燃(Accident Tolerant Fuel,ATF)材料的主要研發(fā)方向之一。此外,不銹鋼材料具有良好的焊接性能,因此采用增材制造技術可以實現(xiàn)其較好的冶金結合與成形,將增材制造技術引入核電領域必將有利于耐事故燃料材料的發(fā)展與應用。
中國核動力研究設計院的研究團隊在《精密成形工程》發(fā)表了《核電用316L不銹鋼粉末增材制造研究現(xiàn)狀》一文,揭示了輻照前與輻照后316L不銹鋼增材制造成形件的組織與性能,以及核電316L 不銹鋼的指標要求等。
增材制造技術是一種無須模具、近凈成形的先進制造工藝。不銹鋼是一種在核電行業(yè)廣泛應用的結構材料。實現(xiàn)不銹鋼結構件的增材制造將進一步推動增材制造技術的發(fā)展,也可為核行業(yè)帶來革命性改變。以核電用316L不銹鋼為例,系統(tǒng)闡述了不銹鋼粉末增材制造研究現(xiàn)狀,包括粉末制備工藝現(xiàn)狀、增材制造成形工藝現(xiàn)狀以及成形件的組織性能研究現(xiàn)狀。
目前,增材制造用316L不銹鋼粉末的制備工藝主要為霧化法,粉末的物化性能受制粉工藝參數(shù)的影響。在激光粉末床熔融增材制造技術、電子束選區(qū)熔化技術和等離子增材制造技術中,尤以激光粉末床熔融增材制造不銹鋼的應用最為廣泛。
增材制造316L不銹鋼的組織與性能存在各向異性,但各向異性可通過增材制造的后處理技術消除。目前增材制造最為常用的后處理技術為熱處理。與鍛造316L不銹鋼相比,經熱等靜壓處理的增材制造316L不銹鋼的力學性能與輻照性能更優(yōu)。目前,核用不銹鋼的增材制造技術還處于起始階段,后續(xù)應重點關注增材制造的成形機理及成形材料中子輻照性能等內容。