隨著我國核電事業的快速發展，部分核能設備的設計變得更加精密複雜，這部分核能設備若採用傳統製造工生產，則存在生產周期長、製造工序多的問題，而採用增材製造工藝可以實現具有複雜精密結構設備的高效生產。
不鏽鋼具備優良的耐氧化性能、力學性能和抗腐蝕性能，在核電領域具有廣泛的應用。尤其是福島事故之後，不鏽鋼（如 FeCrAl 鐵素體不鏽鋼材料、316Ti 和 15–15Ti 奧氏體不鏽鋼等）被選為輕水堆耐事故燃（Accident Tolerant Fuel，ATF）材料的主要研發方向之一。此外，不鏽鋼材料具有良好的焊接性能，因此採用增材製造技術可以實現其較好的冶金結合與成形，將增材製造技術引入核電領域必將有利於耐事故燃料材料的發展與應用。
中國核動力研究設計院的研究團隊在《精密成形工程》發表了《核電用316L不鏽鋼粉末增材製造研究現狀》一文，揭示了輻照前與輻照後316L不鏽鋼增材製造成形件的組織與性能，以及核電316L 不鏽鋼的指標要求等。
增材製造技術是一種無須模具、近凈成形的先進位造工藝。不鏽鋼是一種在核電行業廣泛應用的結構材料。實現不鏽鋼結構件的增材製造將進一步推動增材製造技術的發展，也可為核行業帶來革命性改變。以核電用316L不鏽鋼為例，系統闡述了不鏽鋼粉末增材製造研究現狀，包括粉末製備工藝現狀、增材製造成形工藝現狀以及成形件的組織性能研究現狀。
目前，增材製造用316L不鏽鋼粉末的製備工藝主要為霧化法，粉末的物化性能受制粉工藝參數的影響。在雷射粉末床熔融增材製造技術、電子束選區熔化技術和等離子增材製造技術中，尤以雷射粉末床熔融增材製造不鏽鋼的應用最為廣泛。
增材製造316L不鏽鋼的組織與性能存在各向異性，但各向異性可通過增材製造的後處理技術消除。目前增材製造最為常用的後處理技術為熱處理。與鍛造316L不鏽鋼相比，經熱等靜壓處理的增材製造316L不鏽鋼的力學性能與輻照性能更優。目前，核用不鏽鋼的增材製造技術還處於起始階段，後續應重點關注增材製造的成形機理及成形材料中子輻照性能等內容。
圖1 雷射粉末床熔融增材製造示意圖
圖2 冷軋316L不鏽鋼和SLM–316L不鏽鋼金相及SEM圖
圖3 316L不鏽鋼背散射電子圖
圖4 西屋公司採用增材製造工藝製備的阻流塞
/ 總結
在工業4.0背景下，增材製造技術因具有高效、清潔等優點得到了快速的發展，特別是在製造具有複雜結構零部件等方面具有無可比擬的優勢。不鏽鋼作為核電領域廣泛應用的一種結構材料，實現其增材製造結構件的應用必將給核行業帶來更好的發展，並且也能進一步推動增材製造技術在核領域的推廣與應用。針對增材製造不鏽鋼的研究，後續除開展粉末製備工藝及增材製造工藝研究外，更應詳細開展增材製造過程中熔池行為及增材製造後處理工藝研究，並系統全面評價其中子輻照性能。
論文引用信息：
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.05.025
期刊英文名稱簡寫：J. Netshape Form. Eng.
楊青峰，高士鑫，陳平，廖楠，周毅，尹春雨，段振剛，尹泓卜等.核電用316L不鏽鋼粉末增材製造研究現狀[J]. 精密成形工程, 2023, 15(5): 209-219.
Yang Qingfeng, GAO Shixin, Chen Ping, Liao Nan, Zhou Yi, Yin Chunyu, Duan Zhengang, Yin Hongbu, et al. Research status of additive manufacturing of 316L Stainless Steel Powder for nuclear power [J]. Precision Forming Engineering, 2023, 15(5): 209-219.