锆合金是目前军用舰船核动力和商用压水堆燃料元件包壳唯一可选资料。国内尚无实现工程化利用的锆合金，持久依赖进口受造于人，是我国关键基础资料的短板之一，必须发展自主知识产权先进锆合金研发。中国核动力钻研设计院在30 年来锆合金研发堆集的基础上，充分借鉴国际先进锆合金研发经验，历经10 年的艰苦科研攻关，以军民结合为指引，成功实现了N36 锆合金工程化。本文介绍了N36 锆合金自主化的布景、总体思路、研产过程、有关成就。锆合金自主研产成功，使得我国获得了齐全的自主知识产权，拥有优良的技术经济性。这有利于保险军用核级锆合金包壳的不变供给，有利于保障中国核电站的运行和发展以及军用核动力资料供给安全，拥有典型的军民结合示范意思。

1、引言

核电作为一种清洁高效力源，发展核电是当前我国坚韧不拔的能源发展战术方针。核燃料元件是核反映堆的主题部件，对反映堆安全性和靠得住性有极其沉要的影响，包壳是核反映堆的第一路安全樊篱。

锆合金在高温高压环境下拥有低的中子吸收截面和优良的综合机能，是目前主流核反映堆唯一工程化利用的包壳资料。为满足核电技术发展对燃料元件长命期、高安全、高靠得住性的要求，世界列国大力发展先进锆合金的研造并加快推广工程化利用。以往我国锆合金包壳资料的供给持久依赖进口，“受造于人”，是我国基础资料领域的短板之一，要实现我国核电逾越式发展，保险能源安全，必须实现先进锆合金资料自主化。

党的十八大提出执行创新驱动发展战术，强调科技创新是提高社会出产力和综合国力的战术支持，必须摆在国度发展全局的主题地位。党的十八大把对峙走军民融合式发展路子等写入了党的纲领性文件。十九大汇报中指出：科技军民融合作为国度创新驱动发展战术、军民融合深度发展战术和鼎新强军战术的交汇点，是党中央对科技创新发展的战术部署。在此布景下，以科技创新为驱动，以军民融合为蹊径，补齐短板，发展高机能锆合金研发火烧眉毛。

中国核动力钻研设计院从“八五”起头就在国内率先针对我国压水堆燃料元件包壳的侵蚀问题，同时跟踪国际上锆合金的发展趋向，提出了发展高机能锆合金钻研的建议。由原先重要集中在包壳资料机能钻研向全过程资料研发转变，历经“八五”到“十五”等科研先后实现了成分筛选和优化、工艺钻延注显微组织钻延注堆表侵蚀机能及力学机能尝试等。借助国内社聚合作单元实现了中试规模工艺钻研，并依附中国核动力钻研设计院整体优势发展了堆内表机能钻研。在这些系统性的、规７⒄沟某⑹宰暄兄，一种机能优异的、适 用于压水堆电站水质环境的合金资料脱颖而出，即N36锆合金，成功申报了成分专利和注册商标，为N36锆合金工程化奠定了坚实技术基础。

2、N36 锆合金工程化

2.1 N36 锆合金工程化总体思路

为保险国度能源供给安全，国度国防科技工业局和中国核工业集团公司于2010 年别离批复了压水堆燃料元件设计造作技术钻研（第二阶段）等项目，正式启动了我国拥有自主知识产权的N36锆合金工程化造备技术钻研。钻研指标定位安身国内资源、借鉴国表先进经验，实现N36 锆合金的自主化钻研，达到工程利用。N36 锆合金工程化总体思路为，以创新驱动发展战术和军民融合发展战术为统领，构建并执行军民融合型锆合金研发系统，中国核动力钻研设计院牵头结合国内拥有研发锆合金包壳资料的产业化能力的单元，在军用锆合金研发的基础上，发展N36 锆合金的工程化利用钻研，研造出拥有工业规模工艺代表性的N36锆合金管棒材，并发展入堆辐照考验，获得N36 锆合金包壳资料的堆内表机能数据，最终在专业化锆合金出产线上执行N36 锆合产业化。

2.2 N36 锆合金自主研产过程

中国核动力钻研设计院在30余年锆合金研发堆集的基础上，依附反映堆燃料及资料国防沉点尝试室研发平台，充分借鉴国际先进锆合金研发经验，通过发展200kg级工艺索求、300kg 级工艺验证、500kg 级和1000kg 级工艺放大、3000kg 级工艺优化和5000kg 级工艺定型以及产业化技术让渡发展工程化幼批量入堆产品出产等阶段钻研工作（见图1），同时系统深刻钻研了合金熔炼、均匀化处置、挤压、轧造等关键工艺参数对组织与机能的影响，历经9 年的艰苦科研攻关，在国内初次实现了从海绵锆到制品管棒材的全线工艺贯通、固化了造备工艺，造备出的N36锆合金资料别离造作了特点化燃料组件和先导组件并入“秦山二期”贸易堆发展辐照考验
；获得了全面N36锆合金堆内、表机能数据，全面实现了钻研工作，实现了钻研指标。

2.3 N36 锆合金工程化钻研成就

通过N36 锆合金自主化钻研项目，在锆合金造备工艺方面和机能钻研方面均获得了突破性的进展，并萦绕铸锭成吩旖均性、铸锭造备工艺、管棒材造备工艺和锆合金机能试验等方面进行了专利布局，实现专利22 件申报，其中发现专利14 件，实用新型专利8 件。专利布局所负载的知识产权也为军民融合深度发展奠定了坚实的基础，能更好地两全军用 效益与民用效益之间的平衡。

通过系统的发展铸锭造备工艺钻延注挤压工艺钻延注轧造等工艺钻研，获得了管棒材加工过程中工艺、组织和机能之间的关系，把握了加工过程中关键工艺参数对资料机能影响的机理，沉点突破了增长返回料的铸锭造备、低温慢速挤压、大变形轧造等关键技术，申请并受理工艺发现专利三项
；竦昧撕嫌糜贜36 锆合金工业化规模出产的、拥有自主知识产权的包壳管棒材造作技术。

研造了N36 特点化燃料组件，N36先导燃料组件用N36锆合金管、锆棒材，产品制品率稳步提升（见图2），与国际先进水平相当，机能指标优异达到国际先进水平，产品技术经济性优良。

形成了齐全的N36 锆合金造备工艺文件和规范，构建了齐全的锆合金机能分析评价步骤和系统，获得了全面的N36 锆合金堆内表机能数据。堆表机能数据批注，N36锆合金与传统Zr-4 合金比力，拉伸与爆破机能与Zr-4 合金相当，堆表耐侵蚀机能、抗蠕变机能、低周委顿机能以及抗高温氧化机能蹬着于Zr-4 合金。经堆内3个循环辐照考验后池边查抄了局批注，组图 1 N36锆合金工程化利用钻研过程图 件结构齐全
；氧化膜均匀致密，最高燃耗区域燃料棒氧化膜最大厚度77μm
；两个循环的抗辐照成长及蠕变机能优于成熟商用合金（见图3）。辐照数据批注，N36 锆合金拥有良好的抗辐照机能。

2.4 关键技术及技术创新

N36 锆合金研造工艺复杂，技术难度大。在研造过程中实现了造备工艺和机能分析评价技术攻关，突破了合金造备等五大关键技术，一是突破了返回料增长、合金元素增长方式和布料方式的技术难点，实现了工业规模的铸锭成吩旖均性节造
；二是突破了挤压筒设计技术、挤压工艺和涂层光滑等技术难点，把握了N36 锆合金特有的低温慢速挤压技术
；三是钻研了Q值等轧造工艺参数对管材综合机能的影响，把握了N36 锆合金管材大变形轧造技术
；四是确定了N36锆合金中央退火及制品退火的低温技术路线
；五是研发了6 台套锆合 金关键特殊机能试验装置，突破了N36 锆合金堆表利用机能评价关键技术。这些关键技术的突破和技术创新，为N36 锆合金工程化利用建奠定了坚实基
；同时，也为军用锆合金研发提供了强有力的经验和技术支持。

3、 N36 锆合金工程化成功的意思

3.1 保险军用核级锆合金自主可控

军用核级锆合金使用环境恶劣，对资料机能及质量要求极高，事关设备先进性、安全性及靠得住性。军用核级锆合金技术是军用舰船反映堆技术的主题之一，国表对此严格保密节造，无法从国表引进。

中核集团肩负着军用核动力研发的汗青沉任，但关键资料锆合金研发和出产却游离于反映堆主题技术以表，已成为设备发展“瓶颈”之一。并且，由于军用核级锆合金的特殊 使用工况及机能要求，在其他资料领域宽泛选取的民口配套模式刚好造约了军用锆合金的研发及工程化利用。因而，以中核集团为主体组建从研发、工程化试造到出产的齐全的军用锆合金产业链，实现了军用锆合金的技术发展，并确保军用锆合金的不变供给。

3.2 保障中国核电能源安全

国内核电用高机能锆合金都是从国表引进，未来我国对锆合金的需要量极度大，在此之前，我国没有自主知识产权的锆合金资料，难以保险自主供给。N36 锆合金等一批典型资料的自主化研发成功，把握了锆合金出产的关键技术，成立了拥有自动权的锆合金产业链，解决了造约核电发展的锆材出产问题。中核集团深厚的技术沉淀和堆集，最有前提成为我国自主品牌锆合金研发和出产的龙头，这对预防受造于人、脱节行业垄断、提升我国核电能源安全拥有沉大的战术意思。

4、启迪

在军民融合深度发展战术的深刻推动下，中国核动力钻研设计院成功研造N36 锆合金并实现工程化利用，有力支持了我国拥有自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”的研发，对保险我国核电安全发展、推进核电“走出去」亟略的实现，推动核燃料产业军民融合拥有沉要意思。N36 锆合金实现工程化得到成功，是贯彻以习近平总书记为主题的新一代党中央号召下的军民融合国度战术，以创新驱动发展战术和军民融合发展战术为统领，加快形玉成身分、多领域、高效益的军民融合深度发展格局的一个深刻体现，赐与了我们很大的启迪。

一是在关键基础资料的研发方面，需坚韧不拔地贯彻执行军民融合深度发展战术，对峙“军民融合”式发展，实现科技军民融合。

二是N36 工程化产品技术经济性达到国际先进水平，提升了我国锆合金研发领域的科技创新能力和军民两用核燃料元件研发能力，技创新是社会发展之底子。

三是N36 锆合金实现工程化，有力支持了我国核电“走出去」亟略的实现，其研发经验为军用锆合金提供了有力支持，为提升国防安全提供了坚实保险，军民融合是发展之路。

四是N36 锆合金科研成就成功实现了向造作企业的技术转化，批注要打造强有力的科技创新系统，科技成就转化是沉点。注：随着时期的发展，文中军民结合如今已被军民融合代替。

(卓 洪 邱绍宇 赵文金 邓传东， 作者单元：中国核动力钻研设计院第四钻研所)