中国研发新型超强低温合金CHSN01
摘要
中国研究人员成功开发出新型超强低温合金CHSN01，可在液氦温度下保持高强度和延展性。该合金克服了传统钢材的局限性，适用于超导托卡马克等尖端设备，并在工业化生产中迅速落地。其广泛的应用潜力还包括磁共振成像和量子计算机等领域。
根据俄罗斯SecurityLab的报道，中国研究人员开发出一种新型超强低温合金CHSN01，该合金在液氦温度下可承受高达1.5 GPa的应力，同时保持30%的延展性。
这一开发基于Nitronic-50钢，通过将碳含量降至0.01%以下以消除碳化物的形成。随后，研究人员将氮含量提高到0.30%，并增加镍的比例，确保了在低至-269°C的温度下奥氏体相的稳定性。通过精确调控钒的比例，形成了纳米级氮化钒颗粒，这些颗粒可阻止位错并提高强度，同时不影响粘性。严格控制的氧、磷和硫含量（均低于0.02%）消除了在磁载荷作用下可能引发破坏的缺陷。
利用Nitronic钢的现有生产链，中国的钢厂能够迅速转向工业化生产。截至2025年年中，500吨新钢材已交付位于合肥的BEST托卡马克建设现场。项目首席物理学家李立峰表示，这标志着该合金已具备实验室外广泛应用的成熟度。
经过12年的密集工作，该开发克服了传统316LN和JK2LB钢的局限性，这些钢材曾用于法国在建的国际热核实验堆（ITER）等项目。CHSN01的主要优势在于其高负荷和循环加载的耐受性，使其成为新一代超导托卡马克设计中的关键材料。
这种新型钢材不仅屈服强度更高，而且耐久性更强。环形场线圈的离散性引起的波纹可能导致高能α粒子（核聚变反应中产生）损失并影响等离子体旋转，从而可能阻碍持续聚变的实现。在BEST托卡马克寿命周期内所需的6万次波纹条件下，CHSN01表现出无性能退化。测试确认该材料可承受高达6毫米的初始缺陷，这意味着对加工清洁度的要求更低，组件重量减轻且组装成本降低。更高的强度为更强磁场的设计铺平了道路。
CHSN01的应用潜力远超可控热核聚变领域。磁共振成像、粒子加速器、磁悬浮甚至量子计算机的低温组件都面临着类似的低温与应力组合。这种新材料可以减小磁体尺寸并延长设备使用寿命。