【引言】

低活化鐵素體/馬氏體（RAFM，Fe-Cr-C-W-Mn-Ta-V）鋼在強輻照下具有固有的幾何穩定性、較低的輻照腫脹和熱膨脹系數、高熱導率等優良的熱物理特性，并且其低活化成分適于商業化生產，被認為是聚變堆的首選結構材料。目前，世界各國均在發展各自知識產權的RAFM鋼，如日本的F82H、歐洲的EUROFER97、美國的9Cr-2WVTa以及中國科學院等離子體物理研究所研發的CLAM與核工業西南物理研究院和中國科學院金屬研究所聯合開發的CLF系列低活化鋼。雖然RAFM鋼材料的研發已日趨成熟，但是以RAFM鋼作為結構材料的第一壁結構件的加工制造仍是難點問題。第一壁的結構復雜而精密，采用傳統制造方法，需要經過多道加工工序，面臨流程繁瑣、耗材耗時、成本高、缺陷不可控等問題。

增材制造（亦稱3D打印）技術具有無需模具、制造周期短、材料利用率高、近凈成型、可制備任意形狀等優勢，有望解決傳統制造方法的短板問題，實現聚變堆第一壁復雜結構件的一體化成型。此前，相關研究已證實選區激光熔化（SLM）技術制造聚變堆第一壁復雜結構件的可行性，但是SLM成形RAFM鋼的強度高于傳統方法制備的RAFM鋼，但其塑性差（低于5%）。整體趨勢上，RAFM鋼的強度和塑性呈現倒置關系，強度越高，塑性下降越明顯，未來工作迫切需要同時提高合金強度和塑性，以滿足核聚變的服役工況對力學性能的基本要求。

【成果簡介】

針對SLM成形RAFM鋼高強度與低塑性不匹配問題，深圳大學增材制造研究所勞長石和陳張偉研究團隊圍繞CLF-1鋼的SLM工藝及其組織性能調控開展了系統工作，首次將非均質雙/多模組織設計思路引入到SLM成形高強韌RAFM鋼的開發，基于SLM工藝參數和掃描策略的優化，SLM成形CLF-1鋼兼具高強度（屈服強度1053 MPa）與高塑性（延伸率16.9%），其綜合強韌性顯著優于目前文獻報道的RAFM鋼。通過對比研究S209和S98的微觀組織和力學性能，揭示了SLM成形CLF-1鋼的強韌化機理，其高強度取決于細晶和細小馬氏體片層，高塑性得益于這種雙/多模組織對位錯主導的加工硬化能力的改善。該工作為3D打印高強韌RAFM鋼的結構設計提供重要理論依據和技術指導，促進聚變堆關鍵部件組織性能可控的一體化成型。相關研究成果發表于國際知名學術期刊Materials Research Letters （IF:7.440）。

【圖文導讀】

圖1.SLM成形CLF-1鋼的微觀組織與織構

（a, j） 金相顯微組織；（b, f, k, o） EBSD IPF圖；（c, g, l, p） SEM圖；（d, e, m, n） TEM明場像；（h, q） 極圖；（i, r） 反極圖

圖2.SLM成形高強韌CLF-1鋼的室溫拉伸性能及其與目前你文獻報道性能的對比結果

文獻鏈接：

Strong and ductile reduced activation ferritic/martensitic steel additively manufactured by selective laser melting （Materials Research Letters, 2019, doi.org/10.1080/21663831.2019.1631224）