国核宝钛锆业股份公司（以下简称“国核锆业”）联合北京科技大学曹建国教授团队，组建了基于AI技术的核用锆合金板带材加工控制技术研究与应用“科学家+工程师”研究团队，面向陕西省23条产业链中的钛及钛合金产业链，针对核级锆合金板材的加工技术板型控制的难点，开展基于AI技术的核用锆合金板带材加工控制技术研究。研究团队结合板带材加工变形过程中的宏微观性能演化规律，开展兼顾板型良好一体化的锆合金薄带材工艺及评价体系研究，建立了核级锆带材加工工艺—织构—冲制性能之间的内在联系，掌握了高精度核级锆合金薄带材制造技术，为推动我国核级锆合金带材国产化、自主化应用奠定了坚实基础。

产业链发展之“卡脖子”环节

我国投运与在建的核电站以压水堆为主。核级锆材主要用于压水堆燃料包壳和堆芯结构材料，起着防止放射性的核燃料及其裂变产物进入循环冷却系统的作用，是核反应堆“第一道安全屏障”，对于反应堆的运行起着至关重要的作用。由于锆合金条带结构复杂，制造工艺难度大，长期依赖进口成品条带，再由国内组装焊接成格架。目前相较于锆合金包壳材料，带材国产化进展相对滞后，已成为制约我国核级锆材国产化的“卡脖子”环节。

“十年磨一剑”之核级锆材国产化技术

基于AI技术的核用锆合金板带材加工控制技术研究与应用队伍，是国内从事核级锆合金带材制造技术系统研究的专业化团队之一。首席科学家曹建国教授来自北京科技大学，长期从事大型板材轧机力学行为与板形控制、金属塑性加工、有限元数值分析、系统建模与仿真等研究与教学工作，首席工程师王练教授级高工来自国核宝钛锆业股份公司，长期从事钛、锆及其合金的研发及新产品开发工作。形成了一支包括材料工程、机械工程、自动控制以及软件工程等学科交叉、技术实力雄厚的核级锆合金带材制造技术研究开发队伍。

近年来团队在国家重大专项等的资助下，结合锆合金板带材加工变形过程中的宏微观性能演化规律，借助AI控制技术，开展了兼顾板型良好一体化的锆合金薄带材工艺及评价体系研究，建立了核级锆带材加工工艺—织构—冲制性能之间的内在联系，掌握了高精度核级锆合金薄带材的制备技术，研究成果可直接应用于核反应堆用锆合金格架带材制造。有效地缓解了我国核级锆合金带材制造“卡脖子”的不利局面，为推动我国核级锆合金带材国产化、自主化应用奠定了坚实基础。

“卡脖子”技术实现重要突破

国核锆业拥有国内首条完整的核级锆材产业链，具备为国内各类型核电机组提供批量化供货的稳定能力，技术成熟度在国内最高，竞争优势突出。项目团队在新形势下集聚力量进行原创性引领性科技攻关，提升科技成果转移转化成效，高质量建设现代锆产业，打造原创技术“策源地”。积极承担国家重大专项项目研究，在《CAP1400自主化燃料棒及先导组件照辐性能关键技术研究》中，借助有限元宏观模拟技术，对板材轧制、带材轧制各道次变形工艺、辊型等控制进行优化，解决了锆合金板材多轧程多道次轧制过程中不均匀变形问题；对锆合金板材各向异性分析，硬度指数，硬化速率等进行分析，提出了有效控制板形与退火过程一体化的控制策略。

项目团队通过开展锆合金板带多轧程多道次生产过程连续跟踪测试和现场取样，获得成套生产数据。针对轧机自身装备的特点，综合考虑多道次连续轧制对板形的影响，完成了轧制规程设定计算，建立了轧制道次数学模型、变形抗力计算模型和轧制力计算模型。基于智能算法对现阶段锆合金板质量情况进行统计分析与预测，提出了板形良好的三次冷轧“门户轧程”“中间轧程”和“成品轧程”多轧程多道次变形工艺规程。有力地支撑了我国核级锆合金带材质量提升，进一步缩短了我国核级锆材国产化自主化进程。

在项目团队技术成果的指导下，国核锆业核级锆合金带材领域的技术能力稳步提升。2023年先后圆满完成CF燃料组件用N36带材、STEP燃料组件用CZ带材的生产，应用本成果的锆合金带材制造“热—冷连轧”全流程全机组一体化的板形控制能力显著增强，取得边降、凸度和同板差等重要板形实物质量指标显著稳定提高，保证了带材尺寸精度控制及表面质量一致性，为我国重大工程“华龙一号”先导组件入堆保障了材料供应。