Študija primera: Razvoj nerjavnega jekla XM-19 za fuzijski reaktor tokamak

Reaktorji tokamak so napredne naprave za izkoriščanje jedrske fuzije – procesa, ki poganja Sonce. Čeprav je tehnologija tokamakov še v razvoju, predstavlja eno najbolj obetavnih poti do varne, trajnostne in zanesljive energije prihodnosti.

Izziv: Izjemne lastnosti materiala, nestandarden proizvodni proces

Kupec se je obrnil na SIJ Acroni zaradi vztrajnih težav z obstoječim dobaviteljem jekla pri razvoju materiala za fuzijski reaktor tipa tokamak, ki velja za enega najzahtevnejših okolij.

Aplikacija je zahtevala material z:

• izjemnimi mehanskimi lastnostmi pri kriogenih in povišanih temperaturah,
• nizko magnetno permeabilnostjo, da ne vpliva na magnetna polja,
• notranjo kakovostjo, skladno z zelo strogimi zahtevami ultrazvočnega preizkušanja,
• stabilnostjo in zanesljivostjo pri ekstremnih toplotnih in mehanskih obremenitvah.

Kupec je zahteval jeklo XM-19, posebno avstenitno nerjavno jeklo, izdelano po obsežni in strogi specifikaciji. Ker SIJ Acroni tega jekla dotlej še ni proizvajal, smo morali celoten proizvodni proces razviti povsem na novo.

Pristop: Skupni razvoj materiala s tesnim sodelovanjem

Kupec SIJ Acroni ni videl le kot dobavitelja, temveč kot razvojnega partnerja. Že od začetka je sodelovanje potekalo zelo intenzivno in tehnično poglobljeno.

Kupec nam je predstavil zahteve in omejitve uporabe, skupaj pa smo zasnovali tehnično specifikacijo, pri čemer smo se opirali na poglobljeno metalurško znanje. Razvili smo novo proizvodno pot, ki je vključevala prilagojeno kemijsko sestavo in optimizirane proizvodne parametre.

Tesno sodelovanje je zaznamovalo celoten projekt. Redno smo se srečevali s kupčevim glavnim metalurgom, ultrazvočnim kontrolorjem in nabavnikom. Ob pregledu prvih plošč sta kupčev razvojni inženir in ultrazvočni kontrolor delala neposredno na lokaciji skupaj s strokovnjaki SIJ Acroni. Skupaj smo pregledali vsak kvadratni meter materiala.

Kupčev razvojni inženir je pri SIJ Acroni opravil dva enomesečna obiska, kar je omogočilo hitre povratne informacije in stalne izboljšave. Po zaključeni prvi dobavi smo specifikacijo dodatno izpopolnili ter še izboljšali ponovljivost in zmogljivost materiala za prihodnjo proizvodnjo.

Rešitev: Prilagojeno jeklo XM-19 za tokamak

SIJ Acroni je uspešno razvil in proizvedel nerjavno jeklo XM-19, posebej prilagojeno uporabi v fuzijskih reaktorjih.

Ključni dosežki projekta:

• prilagojena sestava zlitine,
• izboljšan proizvodni sistem in sistem zagotavljanja kakovosti,
• zanesljive mehanske lastnosti v ekstremnem temperaturnem razponu.

Razvito jeklo zagotavlja stabilno delovanje od –269 °C (blizu absolutne ničle) do 650 °C, zato brez težav izpolnjuje zahteve izjemno zahtevnih pogojev v reaktorju tokamak.

Ključne mehanske lastnosti

Razvito jeklo XM-19 izpolnjuje ali presega vse ključne zahteve:

• visoka natezna trdnost,
• odlična udarna žilavost,
• nizka in stabilna magnetna permeabilnost,
• mehanska in mikrostrukturna stabilnost,
• zanesljivo delovanje v širokem temperaturnem razponu – od kriogenih do povišanih temperatur.

Te lastnosti zagotavljajo konstrukcijsko integriteto, varno obratovanje in dolgoročno zanesljivost v fuzijskih okoljih.

Rezultati

• Uspešna dobava jekla XM-19 za tokamak fuzijski reaktor
• Odprava težav, s katerimi se je kupec srečeval pri prejšnjem dobavitelju
• Vzpostavitev SIJ Acroni kot zaupanja vrednega razvojnega in proizvodnega partnerja
• Potrjena proizvodna pot za prihodnje projekte z jeklom XM-19

Kupec je posebej izpostavil vrednost neposrednega dostopa do razvojnih, prodajnih in tehničnih strokovnjakov SIJ Acroni ter poudaril, da tako tesnega, odzivnega in strokovnega sodelovanja drugje ne bi mogel doseči.

Projekt jasno dokazuje, da SIJ Acroni presega okvirje standardne proizvodnje jekla. Z razvojem novih materialov, procesov in partnerstev podjetje aktivno podpiramo najzahtevnejše projekte svojih kupcev. S kombinacijo metalurškega znanja, prilagodljivosti in tesnega sodelovanja s strankami smo omogočili pomemben korak naprej pri razvoju fuzijskih reaktorjev.