不锈钢作为核工业长期依赖的主力材料，凭借其耐极端高温、高压及辐射的特性，成为加固核反应堆壁与构建关键部件的核心选择。在核反应堆环境中应用3D打印钢前，业界需深入掌握其特性。近期，美国能源部阿贡国家实验室针对3D打印钢展开两项研究，为优化材料性能提供科学依据。
研究聚焦激光粉末床熔合(LPBF)增材制造工艺。该工艺通过激光逐层熔化金属粉末，构建3D金属物体。激光快速加热与冷却在钢微观结构中形成独特特征。热处理过程中，材料通过“恢复”过程修复位错，引发再结晶，形成无应变晶粒。但保留部分位错可促进粒子沉淀，适量沉淀能进一步改善材料性能。
其中一项研究以316H不锈钢为对象。这种锻造结构材料广泛应用于核工业。研究人员利用阿贡国家实验室纳米材料中心(CNM)与先进光子源(APS)获取结构数据，并关联其力学性能，包括拉伸强度与抗蠕变性。蠕变作为核工业关键考量因素，指材料在恒定机械载荷下的缓慢变形。
另一项研究则针对A709不锈钢展开。这种专为钠快堆等高温环境设计的新型材料，在首次实验中表现出色。研究人员发现，LPBF打印的A709样品经热处理后，在室温及1022华氏度(550摄氏度)下，拉伸强度均高于锻造A709。这或因打印样品初始位错更多，促进了热处理中更多沉淀物的形成。
“研究为合金处理提供了实用建议，”阿贡国家实验室材料科学家、两项研究合著者张轩表示，“但更重要的贡献是对打印钢根本特性的深入理解。”
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