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“中国高强低温钢1号”是一种主要用于超(chao)导磁约束(shu)聚(ju)变装置的材料，也是中国开创的一种新型材料。它的存(cun)在，能让聚(ju)变堆(dui)的“心(xin)脏”稳固坚(jian)韧(ren)。
本年5月，中国首个紧凑型聚(ju)变能实验装置（BEST）进(jin)入总装阶段，建成后将初次演示聚(ju)变能发电。现场装配的6000吨摆布(bu)部件中，由“中国高强低温钢1号”做成的超(chao)导导体铠甲和线圈盒(he)直线段部件达500吨。
如今，“中国高强低温钢1号”已实现批量生(sheng)产。但(dan)很少有人知道，它的诞生(sheng)经历(li)了(le)长达10年的三落三起。
新型低温钢制成的超(chao)导导体。倪思洁摄(she)
一落一路：“天然太阳”的“心(xin)头刺”，改革N50成目标
“若是不是位于法国的‘天然太阳’出了(le)成绩，我们可能不会下(xia)那末大决(jue)心(xin)去‘逝世磕’新型低温钢。”中国科学(xue)院理化技能研讨所（以下(xia)简称理化所）研讨员李(li)来风说。
那是在2011年，被誉为“天然太阳”的国际热核聚(ju)变实验堆(dui)（ITER）突然遇到(dao)成绩。原来，位于“心(xin)脏”位置、用低温钢材料做成的钢管，在低温下(xia)延伸率大幅下(xia)降，这(zhe)就好(hao)比(bi)人患上了(le)心(xin)血管狭窄的病，若是不及时治疗，随时会有心(xin)梗风险。
平常，在核聚(ju)变装置的“心(xin)脏”里，超(chao)导磁体由超(chao)导导体绕制，导体铠甲由低温钢材料制成，不但(dan)需要扛住零下(xia)269摄(she)氏(shi)度的液氦低温，还要扛住极强磁场的拉(la)扯。
在ITER中，导体铠甲采(cai)用的是一种名为316LN的不锈钢。出成绩后，ITER项目到(dao)场团队紧急找原因、优化钢管生(sheng)产和检测技能，理化所则负责低温检测任务。之后，中国团队率先办理了(le)成绩。
只管如此，从(cong)当时起，李(li)来风心(xin)里就埋下(xia)了(le)一根(gen)“刺”：“目前ITER设计(ji)的最高磁场是11.8特斯拉(la)，用316LN没成绩。但(dan)若是未来要提拔磁场强度呢？用甚么材料满足更高磁场的需要？”
他想，中国也有自己的“天然太阳”，低温钢性能不够的成绩终将成为中国聚(ju)变堆(dui)进(jin)展的“心(xin)头刺”。不拔出“刺”，李(li)来风心(xin)里难安。他带(dai)着理化所团队经过查阅文献、与国内外偕行交流(liu)，初步锁定了(le)一种代号N50的钢。
与传统316LN比(bi)拟，N50在炼造历(li)程(cheng)中到(dao)场了(le)氮，并添加了(le)镍和铌含量，屈服强度明显(xian)提高。只不过在强磁场条件下(xia)，N50的韧(ren)性表现其实不比(bi)316LN优秀。
李(li)来风决(jue)定革新N50成分设计(ji)，经过碳氮联控和添加钒(fan)实现低温下(xia)强韧(ren)性婚配。这(zhe)是他的看家本领。早在1986年，他的学(xue)士学(xue)位论文做的就是“新型廉价奥氏(shi)体不锈钢及应用”。2005年，他与中国科学(xue)院金属(shu)研讨所（以下(xia)简称金属(shu)所）研讨员杨柯共同指(zhi)导博士生(sheng)王松涛开展高氮钢基础研讨。凭着过去30多年的履历(li)，他带(dai)着团队设计(ji)出一套完整的技能路线。
二落二起：本国专家听了(le)直摇头，小试阶段初获成功
2017年，带(dai)着新的技能思路，李(li)来风和团队成员黄传军、王维等去美国到(dao)场国际低温材料大会。会上，黄传军作了(le)“中国低温结(jie)构(gou)材料研发”的邀请(qing)呈报。
没想到(dao)，国际偕行给他们泼了(le)盆冷水(shui)。有的本国专家听完直摇头，觉得(de)改革N50的技能路线根(gen)本不可能做出更高性能的新型低温钢；有的觉得(de)有316LN就够了(le)，研制新材料属(shu)于节外生(sheng)枝；还有人撇撇嘴、耸耸肩，礼貌地说“你可以碰运气”。
“试试就试试。”大家不服。
2018年，李(li)来风主持科技部重点研发计(ji)划“面向高场应用的新型高性能CICC超(chao)导导体研制”项目，坚(jian)持在项目计(ji)划中预留100万元经费，委(wei)托金属(shu)所和宣化钢铁集团有限责任公司（以下(xia)简称宣钢）同时开展低温钢冶炼研讨。
冶炼研讨先从(cong)10公斤范围的小炉子做起，慢慢调整“配方”和冶炼工艺后，再把范围逐渐添加到(dao)50公斤、300公斤、500公斤。
到(dao)2019年12月，500公斤批量生(sheng)产的新型低温钢屈服强度到(dao)达1500兆帕，相当于指(zhi)甲盖大小的面积上承(cheng)受住15头大象的重量，比(bi)316LN高出500兆帕。
只管500公斤仍属(shu)于小范围试验，但(dan)团队知道，新型低温钢离成功就差(cha)“临门一脚”了(le)。
三落三起：停(ting)滞(zhi)一年不足，需求牵出新机遇
谁也没想到(dao)，新型低温钢家当化的“临门一脚”踢(ti)到(dao)了(le)“钢板”上。
做放(fang)大试验，至少要冶炼1吨钢材，材料制备、热处置惩罚、锻造等各个环节算下(xia)来，每冶炼1吨至少需要20万元的本钱。钱从(cong)哪里来？
李(li)来风跑研讨所、跑钢企(qi)，想劝(quan)说他们开展中试和量产试验。对(dui)方经常问的成绩是“做出来之后有需求吗”。李(li)来风没法正面回覆，因为当时国内外的核聚(ju)变实验和计(ji)划都还没有建设更高磁场强度的聚(ju)变堆(dui)。
“用户的需求还没上来。”李(li)来风如实回覆。结(jie)果显(xian)而易见——钢企(qi)没动力做、研讨机构(gou)没钱做。
雪上加霜的是，当时，国际核聚(ju)变范畴知名专家西村新正在李(li)来风课题(ti)组做访问学(xue)者。他不但(dan)出任过ITER磁体部主要负责人，还到(dao)场了(le)日本下(xia)一代磁约束(shu)核聚(ju)变装置设计(ji)，而他也认为，新型低温钢很难干成。
多重因素影响下(xia)，新型低温钢研制停(ting)滞(zhi)了(le)一年。团队里有人开始打(da)退(tui)堂鼓。直到(dao)2020年，中国科学(xue)院物理研讨所研讨员赵忠贤出目前李(li)来风的课题(ti)组组会上，才让大家重拾信心(xin)。
早在2019年，赵忠贤就相识到(dao)李(li)来风团队在做新型低温钢研讨。赵忠贤与李(li)来风都曾师从(cong)物理学(xue)家洪朝生(sheng)。而赵忠贤曾在多个场合夸大结(jie)构(gou)材料对(dui)超(chao)导技能应用的重要性。
2020年，因为关心(xin)低温钢这(zhe)种结(jie)构(gou)材料，赵忠贤主动提出要到(dao)场李(li)来风的组会。组会上，看到(dao)垂头丧气的年青人，赵忠贤婉言(yan)：“这(zhe)事值(zhi)得(de)干！你们不要迷信外洋权威！”他还给团队支(zhi)招，报告他们怎(zen)样(yang)经过提高原材料纯度确保低温钢的性能。
2021年，中国科学(xue)院等离子体物理研讨所（以下(xia)简称等离子体所）启动BEST工程(cheng)设计(ji)。为了(le)使磁体到(dao)达应有的性能，BEST要求结(jie)构(gou)部件在液氦温度下(xia)，屈服强度达1500兆帕，延伸率超(chao)过25%。
等离子体所研讨员、磁约束(shu)核聚(ju)变专家李(li)建刚夸大：“新一代先进(jin)低温钢必须研发，BEST装置必须应用。”
由此，新型低温钢研制迎来了(le)新机遇。中国科学(xue)院及时部署“20K以下(xia)用高强高韧(ren)不锈钢材料研讨”项目，由理化所负责，金属(shu)所、等离子体所和中国科学(xue)院力学(xue)研讨所到(dao)场，开展提拔新型低温钢性能的深入研讨。
2021岁尾，在赵忠贤和李(li)建刚的建议下(xia)，等离子体所与理化所牵头成立了(le)一支(zhi)“官方攻(gong)关队”——高强钢攻(gong)关联盟。李(li)来风任组长，等离子体所研讨员秦(qin)经刚任副组长。他们的目标是把已有的技能积累推向家当，打(da)造国产新型低温钢。
联盟里有4家科研机构(gou)、13家企(qi)业，分别是等离子体所、理化所、金属(shu)所、合肥综合性国家科学(xue)中心(xin)能源研讨院（以下(xia)简称合肥能源研讨院）、中国钢研科技集团有限公司（以下(xia)简称中国钢研）、宣钢、浙江(jiang)久立特材科技股份(fen)有限公司、上海电气核电集团有限公司、上海电气上重铸(zhu)锻有限公司、中国第一重型机械股份(fen)公司、二重（德阳）重型装备有限公司、攀钢集团江(jiang)油长城非凡钢有限公司、中科天海（北(bei)京）科技有限公司，以及另外4家做焊接的企(qi)业。
其中，以中国钢研为代表的国内主要特种钢冶炼与加工制造企(qi)业，自投几千万经费开展新型低温钢的批量化与家当化推进(jin)工作。
官方“赛马”，CHSN01成了(le)
从(cong)2022年起，高强钢攻(gong)关联盟开启了(le)两(liang)周一次交流(liu)总结(jie)，按期讨论遇到(dao)的技能成绩。
攻(gong)关组一边勉励联盟成员公开各自的技能，站在国家利益上思考成绩；一边与用户单位沟通，希望保证到(dao)场攻(gong)关的单位最后都能获得(de)一定的订单份(fen)额。
为了(le)公平竞争，攻(gong)关组借(jie)鉴材料科学(xue)家师昌绪(xu)在碳纤维攻(gong)关时的做法，推行“赛马制”。“各家都进(jin)行技能迭代，都有结(jie)果。我们要求所有机构(gou)做出的样(yang)品先寄到(dao)等离子体所编号，之后再送到(dao)理化所盲评盲测。”理化所检测负责人孙文涛说。
2023年8月，在宣钢召开的“下(xia)一代聚(ju)变磁体用高强高韧(ren)不锈钢结(jie)构(gou)件”评审会上，专家一致认为新型低温钢到(dao)达性能目标，可用于中国下(xia)一代磁约束(shu)核聚(ju)变装置BEST。
“中国下(xia)一代聚(ju)变用低温钢‘等米下(xia)锅’的成绩办理了(le)！铠甲性能十(shi)分优异。”BEST的铠甲研制负责人王维俊说。
2023岁尾，李(li)建刚提出，希望将组织国内劣势力量联合干大事的履历(li)延续下(xia)去。在他的倡议下(xia)，聚(ju)变高端材料联合实验室在合肥能源研讨院成立。李(li)来风担任实验室主任。
“新型低温钢是及早结(jie)构(gou)、需求牵引、产学(xue)研结(jie)合的产品。在这(zhe)一历(li)程(cheng)中，我们以企(qi)业为创新主体，由科研单位组织起企(qi)业的创新力量，构(gou)成一支(zhi)敢于攻(gong)坚(jian)克难的队伍。”李(li)来风说。
在他看来，这(zhe)是一段辛(xin)苦但(dan)值(zhi)得(de)的历(li)程(cheng)，“我是一个科研人，社会责任感是做人的根(gen)本，名誉、职位不重要，只要对(dui)国家有利，我们就干”。
对(dui)付(fu)新型低温钢的诞生(sheng)历(li)程(cheng)，赵忠贤感触：“低温材料的诞生(sheng)是需求牵引，低温钢同样(yang)是在需求下(xia)最终进(jin)展起来的。这(zhe)个钢除了(le)在超(chao)导上应用外，还可以应用于其他相关范畴。”
该低温钢冲破了(le)传统N50不锈钢的成分设计(ji)体系，属(shu)于新型不锈钢种，被命名为“CHSN01”，并由合肥能源研讨院与中国钢研共同申请(qing)完成商标正式(shi)注册。
李(li)来风介绍，CHSN01是低温高强控氮钢1代的简称，俗称“中国高强低温钢1号”，寓意“中国第一”。
（中国科学(xue)报 倪思洁）
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