铸“芯”铸“壳”，自主自强——探访西部新锆N36合金生产基地，见证CF系列核燃料组件的自主突围

<article><section data-type="rtext">【环球网报道 记者 刘文博】4月13日，在中核集团“开局十五五·活力看中核”媒体行活动中，记者走进位于西安的西部新锆科技股份有限公司（以下简称 “西部新锆”）生产车间，近距离探访CF系列核燃料组件核心材料——N36锆合金燃料棒包壳的工业化生产车间。从铸锭熔炼到管材轧制，从无损检测到成品封装，一条条高度自动化的生产线有序运转，见证着我国彻底打破国外长期技术垄断、实现核级锆材全链条自主可控的坚实步伐。N36锆合金材料的自主研发与规模化投产，不仅为CF3系列核燃料组件装上了“中国骨骼”、披上了“中国外衣”，更标志着我国核电关键材料从“跟跑”到“并跑”、“领跑”的历史性跨越，为中国自主三代核电技术“华龙一号”走向世界、保障国家能源安全筑牢了核心根基。“卡脖子”之困：核电粮仓的关键短板核燃料组件被誉为核电站的“心脏”与“粮仓”，直接决定反应堆的安全性、可靠性与经济性。而作为燃料棒的 “保护壳”，锆合金包壳则是核反应堆的“第一道安全屏障”——它在高温、高压、强辐射的极端堆内环境中包裹核燃料，既要耐受长期辐照考验、防止放射性物质泄漏，又要保证中子经济性与结构稳定性。长期以来，我国核燃料产业面临着双重困境：一是材料“卡脖子”，燃料组件的安全性和可靠性，很大程度上取决于锆合金包壳，该材料长期依赖进口，成为制约我国核燃料产业发展的主要瓶颈；二是无自主技术，当“华龙一号”作为国家名片准备走向海外时，一个现实难题摆在面前：要出口，却没有具备自主知识产权的核燃料组件。“要实现从核电大国向核电强国的跨越，成为国际核科技的引领者，核燃料领域是必须重点攻关和破局的核心板块。”中核集团首席科学家、CF燃料总设计师焦拥军在接受采访时，一语道破核燃料产业的关键环节。为破解这一困局，2010年，中核集团启动首批重点科技专项“压水堆燃料元件设计制造技术”，将自主锆合金研发作为CF系列核燃料组件的核心突破口，明确以新型N36 锆合金为三代核电CF3燃料组件的专用包壳材料。一场历时十余年的科技攻关，由此拉开帷幕。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/ae64a951fc02390a09389404e512c2dbu1.png?imageView2/2/w/750" />十年磨剑：N36合金的自主突围之路作为我国完全自主研发、拥有完整知识产权的第三代核级锆材，N36锆合金材料由中国核动力研究设计院牵头研发，西部新锆承担产业化制造重任。核动力院历时8年，历经6大阶段的技术攻关，终于成功掌握了具有自主知识产权的完整工程化制备技术。与传统锆合金相比，N36合金针对三代核电高燃耗、长循环、高安全性需求，优化了锆-锡-铌体系成分设计。焦拥军称：“锆合金的研制是燃料技术中最难的环节，而N36的合成难度更是难上加难，在合金材料里，锆的熔点超1800℃，铌高达近2500℃，而锡却只有232℃，要把熔点悬殊的元素熔得均匀如一，难度堪比‘在烈火中揉面’。” 最终，研发团队突破真空熔炼、锭坯均匀加热、高精度挤压轧制等一系列关键技术，在抗腐蚀、抗吸氢、抗辐照生长及力学性能等关键指标上实现全面突破，使N36锆合金在360℃高温、18.6MPa高压的反应堆水环境中保持长期稳定，性能达到国际先进水平。技术突破之后，产业化落地成为关键。2017年，西部新锆与核动力院签订技术转让合同，接过了N36锆合金产业化的接力棒。“我们生产N36锆材的过程，就像拉面一样，一点点把材料拉细拉长，既要保证均匀，又要守住精度，容不得半点差错。”西部新锆总经理、党委副书记周军用一个生动的比喻，道出了生产过程的严苛。为实现N36合金工程化转化，西部新锆攻克了合金制备、均匀化熔炼、精密挤压、多道次冷轧、真空退火、内表面抛光等一系列核心工艺难题。在生产车间，记者看到，从海绵锆原料到成品包壳管，需历经数十道精密工序：真空自耗电弧炉将原料铸造成高均匀性铸锭，热挤压机组将铸锭加工成管坯，高精度冷轧机以微米级精度轧制管材，再通过一系列热处理与无损检测，最终产出壁厚仅0.5毫米左右、表面光洁如镜、长度达数米的N36锆合金包壳管。尤为难得的是，西部新锆仅用世界同类型产品研发周期的三分之一时间，就完成了从技术转化到批量生产的跨越。至此，我国彻底打破国外垄断，成为全球少数几个掌握自主核级锆合金研发与规模化生产技术的国家。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/d6299564c82d2a4087fd7e80f31434fdu1.png?imageView2/2/w/750" />强“芯”固“壳”：N36合金赋能CF3燃料组件自主跨越CF3燃料组件是我国首个拥有完全自主知识产权的大型压水堆先进核电燃料组件，“CF”即“Chinese Fuel”的缩写，代表着中国自主核燃料品牌的诞生。作为CF3组件的核心结构材料，N36合金的自主可控，让我国核燃料实现了从“设计自主”到“材料自主”的完整闭环，意义重大。一是彻底破解供应链安全隐患，实现关键材料自主可控。过去依赖进口锆材，我国核电发展易受国际形势、贸易壁垒、供货周期等多重制约。N36合金规模化投产后，西部新锆已建立起从原料供应、生产制造到技术服务的完整产业体系，可稳定为CF3组件提供批量包壳材料，彻底消除了 “缺芯少壳” 的风险，保障我国核电产业链、供应链自主安全。二是筑牢CF3组件核心竞争力，支撑 “华龙一号” 走向世界。CF3燃料组件采用N36合金包壳，组件整体性能达到国际一流水平：热工水力性能更优，燃料燃耗更深，换料周期更长，运行经济性显著提升；同时，N36合金优异的辐照稳定性与抗腐蚀性能，进一步强化了组件的安全冗余，为“华龙一号”海外出口扫清了材料壁垒。三是构建自主技术标准体系，引领核材产业升级。在N36合金研发与产业化过程中，我国同步建立了涵盖材料设计、工艺制造、质量检测、安全评价的完整自主标准体系，填补了国内核级锆材标准空白。西部新锆严格遵循核安全质保体系，所有产品均通过严苛的工艺鉴定与第三方验证，多项技术指标优于国际标准。这不仅为我国核燃料产业高质量发展奠定基础，更推动我国从核材料“使用大国”向“制造强国”迈进。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/4a9bbe12637fdcf3991a0a639f2a53afu1.png?imageView2/2/w/750" />自立自强：为能源安全注入 “核” 心动力目前，中国核燃料产业已经完成了从跟跑到并跑的跨越，在“十五五”新征程上也迎来了新的使命与挑战。“面向华龙一号2.0等新一代核电技术，中核集团正同步推进CF先进燃料组件迭代升级，保持技术与堆型同频共振。”焦拥军介绍道。与此同时，如何满足“绝对安全”的超高性能要求，如何加快产品应用推广、扩大市场规模，如何补齐关键试验设施短板，都是“十五五”期间需要攻克的新课题。核电作为清洁、稳定、高效的基荷能源，是我国实现“双碳”目标、优化能源结构的关键支撑。从无到有、从弱到强，N36合金与CF3燃料组件的自主突破，是我国核电产业自立自强的生动缩影。铸“芯”铸“壳”，自主自强。站在新的起点，以西部新锆为代表，正以N36合金产业化为基础，持续攻关新一代核电材料技术，为我国核能事业高质量发展、为保障国家能源安全、为推动“华龙一号”享誉全球，铸就更加坚实的“核”心屏障，书写科技自主的崭新篇章。</section></article>

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