中国成功研发世界首款承受核聚变极端环境超高强度低温钢材!这一突破性进展不仅让"人造太阳"离现实更近一步,更让全球能源格局为之一振。
据全国党媒信息公共平台2025年7月28日报道,我国自主研发的CHSN01超低温高强韧无磁钢已在紧凑型聚变能实验装置(BEST)中实现规模化应用,标志着中国在核聚变材料领域实现从"跟跑"到"领跑"的历史性跨越。
2025年5月1日,安徽合肥聚变堆主机关键系统综合研究设施园区内,重达6000吨的BEST装置进入总装阶段。这个被誉为"人造太阳"的庞然大物中,500吨由CHSN01钢制成的超导导体铠甲和线圈盒直线段部件,正以零下269摄氏度的"冷静"姿态,默默守护着核聚变反应的核心。
这种钢材的性能参数堪称"逆天":在液氦温度(-269℃)下,其屈服强度突破1500兆帕,相当于指甲盖大小的面积能承受15头大象的重量;抗拉强度超过1800兆帕,延伸率达30%以上,断裂韧性优于180兆帕·米1/2。与国际热核聚变实验堆(ITER)广泛使用的316LN不锈钢相比,CHSN01的强度提升了40%,却保持了同等抗裂性能。
这意味着,中国聚变装置的磁体系统可以在更小体积内实现更高磁场强度,为核聚变商业化按下"加速键"。
这场材料革命的起源,要追溯到2011年ITER项目遭遇的技术困境。当时,ITER装置核心部件因低温钢材料在强磁场下延展性下降,被迫紧急停工。中国科学院理化技术研究所李来风团队临危受命,承担起低温检测任务。也就是在那时,科研人员敏锐意识到:若想突破国际技术封锁,必须自主研发新型低温钢。
研发过程堪称"九死一生"。团队以Nitronic-50不锈钢为基础,通过碳氮联控、添加微量钒元素等创新工艺,在实验室反复调试成分配比。2019年,500公斤级试验材料的屈服强度达到1500兆帕,但产业化之路却因钢企顾虑市场需求而陷入停滞。关键时刻,赵忠贤院士的一席话点醒众人:"这事值得干!你们不要迷信国外权威!"
转机出现在2021年,随着BEST装置启动工程设计,对低温钢的性能要求提升至1500兆帕屈服强度和25%延伸率,CHSN01研发迎来历史性机遇。中国科学院迅速部署专项攻关,联合13家企业成立高强钢攻关联盟,采用"赛马制"激发创新活力。2023年8月,经过60000次脉冲循环测试,CHSN01性能全面达标,彻底打消了国际同行的质疑。
CHSN01的诞生,攻克了材料科学领域的"哥德巴赫猜想"。在零下269摄氏度的极端环境中,普通钢材会像玻璃一样脆裂,而CHSN01通过超低碳设计(碳含量≤0.01%)和氮元素强化,成功将奥氏体相稳定在液氦温度下。更精妙的是,纳米级氮化钒颗粒的析出,在提升强度的同时避免了韧性损失,这种"刚柔并济"的特性让CHSN01成为核聚变装置的理想材料。
这种材料的应用,直接推动了BEST装置的设计革新。传统ITER装置因材料限制,磁场强度被卡在11.8特斯拉,而CHSN01支撑的BEST装置磁场可达20特斯拉,等离子体约束压力提升至原来的四倍。这意味着,中国聚变堆的体积可缩小至国际同类装置的三分之一,建造成本降低30%以上,真正实现了"小身材、大能量"。
2025年6月,当500吨CHSN01钢交付BEST现场时,法国原子能委员会(CEA)主动提出技术合作请求;德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)在《自然·材料》发表评论称:"中国的突破为核聚变商业化提供了新范式"。
更深远的影响在于,CHSN01构建了从冶炼到应用的全产业链创新能力。钢研总院创新的"电炉+氩氧脱碳+电渣重熔"工艺,使单炉组批能力达40吨,生产成本降低40%。
这种技术溢出效应正在航天、氢能等领域显现:我国新一代液氧甲烷火箭贮箱已开始试用CHSN01钢,其耐低温特性可使燃料加注效率提升20%。
CHSN01的成功,只是中国核聚变征程的序章。按照中国聚变工程实验堆(CFETR)计划,2035年将建成首座聚变实验电站,2050年实现商业示范堆运行。届时,CHSN01能否在更高温度(如500℃)和更强中子辐照环境下保持性能?下一代材料又将如何突破现有极限?
英国Neurone联盟虽在2025年实现了聚变级钢的工业化生产,但其性能指标仍落后于CHSN01。当中国的"人造太阳"开始发光时,其他国家将如何应对这场材料领域的"世纪挑战"?
这场跨越十二年的科技长征,让我们看到:在清洁能源的赛道上,中国正以材料革命为支点,撬动着人类能源未来的新杠杆。而CHSN01钢在BEST装置中的每一次"心跳",都在向世界宣告:中国不仅能驾驭太阳的能量,更将引领全球能源革命的新浪潮。