THÉP CƯỜNG ĐỘ CAO SIÊU BỀN CHSN01

CHSN01 (China High-Strength Low-Temperature Steel No. 1) là loại "siêu thép" đột phá do Trung Quốc phát triển, nổi bật với độ bền cực cao, khả năng chịu lạnh sâu và từ trường mạnh (20 Tesla), vượt trội so với chuẩn 316LN. Được thiết kế cho lò phản ứng nhiệt hạch BEST, nó chịu được áp lực 1,3 GPa, co giãn tốt và bền bỉ qua hàng chục nghìn chu kỳ. 
1. Đặc điểm Kỹ thuật Nổi bật
Tên gọi: China High-Strength Low-Temperature Steel No. 1.
Độ bền kéo (Yield Strength): Đạt khoảng 1500 MPa (1560MPa trong kiểm tra thực tế), cao hơn khoảng 40% so với thép 316LN phổ biến.
Khả năng chịu từ trường: Chịu được từ trường lên tới 20 Tesla.
Độ dẻo dai (Elongation): Trên 25-30% trước khi gãy, đảm bảo không bị giòn.
Hoạt động nhiệt độ thấp: Tối ưu hóa cho môi trường lạnh sâu (cryogenic) trong các lò phản ứng nhiệt hạch.
Độ bền chu kỳ: Duy trì hiệu suất không suy giảm sau 60.000 chu kỳ bật/tắt. 
BẢNG THÀNH PHẦN HÓA HỌC
Dựa trên dữ liệu nghiên cứu, hợp kim này chủ yếu bao gồm sắt, crôm và niken, cùng với các nguyên tố tăng cường như vanadi và nitơ:

2. Ứng dụng Chính
Lò phản ứng nhiệt hạch(Fusion Reactors): Là vật liệu cốt lõi cho vỏ bọc nam châm siêu dẫn (Cable-in-Conduit Conductors - CICC), cụ thể là trong lò BEST của Trung Quốc.
Công nghệ siêu dẫn và từ trường mạnh.
Thiết bị y tế: Máy chụp cộng hưởng từ (MRI).
Không gian và Năng lượng: Tiềm năng sử dụng cho bình nhiên liệu tên lửa, cơ sở hạ tầng năng lượng hydro nhờ trọng lượng nhẹ và chịu áp lực cao. 
Thép không từ tính cường độ cao và dẻo dai chịu nhiệt độ cực thấp CHSN01 (gọi tắt là thép CHSN01), được Trung Quốc tự phát triển, sẽ hỗ trợ không thể thiếu cho "trái tim" mạnh mẽ của lò phản ứng nhiệt hạch 6.000 tấn này. Vật liệu thép không gỉ mới này, được phát triển và nghiên cứu chung bởi Viện Nghiên cứu Sắt thép Trung ương (gọi tắt là Viện Nghiên cứu Sắt thép Trung ương) thuộc Tập đoàn Nghiên cứu Sắt thép Trung Quốc, Viện Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (gọi tắt là Viện Plasma) và Viện Công nghệ Vật lý và Hóa học, sẽ được chế tạo thành một bộ phận phân đoạn tuyến tính của vỏ bọc và hộp cuộn dây nặng 500 tấn, được nhúng trong hệ thống nam châm siêu dẫn cốt lõi nhất của thiết bị BEST. Đối mặt với thử nghiệm cực lạnh ở mức âm 268,95 độ C (4,2K), chúng tôi đã hiện thực hóa giấc mơ vĩ đại về "mặt trời nhân tạo" của đất nước và đóng góp một "giải pháp Trung Quốc" cho cuộc cách mạng năng lượng sạch của nhân loại.
Tại lõi của thiết bị nhiệt hạch, các nam châm siêu dẫn được “bao bọc” bởi lớp thép cryogenic – giống như một lớp áo giáp kỹ thuật cao được thiết kế để chịu được nhiệt độ siêu thấp. Loại vật liệu này bắt buộc phải chịu đựng được cả môi trường heli lỏng ở mức âm 269 độ C và lực Lorentz khổng lồ sinh ra từ các từ trường siêu mạnh
Đột phá trong nghiên cứu và phát triển
Giải quyết bài toán quan trọng tầm thế giới về điều chỉnh đồng thời độ bền và độ dẻo dai của vật liệu ở nhiệt độ cực thấp.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát được gọi là "mặt trời nhân tạo", nhưng để làm chủ được "mặt trời" này, bước đầu tiên là phải vượt qua thách thức về vật liệu. Đáp ứng yêu cầu chiến lược quốc gia, Viện Nghiên cứu Sắt thép Trung ương, phối hợp với Viện Vật lý Plasma và các đơn vị khác, đã cùng nhau thành lập một nhóm nghiên cứu đổi mới. Họ đã dấn thân vào những lĩnh vực chưa được khám phá và vào tháng 11 năm 2021, đã chung tay với các đơn vị liên minh để vượt qua khó khăn. Dựa trên những thành tựu nghiên cứu khoa học phong phú của nhóm về vật liệu siêu nhiệt độ thấp, chỉ mất hai năm để giải quyết thành công bài toán tầm cỡ thế giới về điều chỉnh phối hợp độ bền và độ dẻo dai của vật liệu trong môi trường nhiệt độ cực thấp -268,95 độ C.
Có thể nói rằng câu chuyện nghiên cứu và phát triển thép CHSN01 là một bức tranh thu nhỏ sống động về hành trình của các nhà nghiên cứu thép trẻ ở Trung Quốc trong việc đạt được sự tự chủ và tự cường cao độ trong khoa học và công nghệ. Vào ngày 23 tháng 7 năm 2021, khi dự án vừa được khởi động, Tiến sĩ Wang Changjun, trưởng nhóm khi đó mới 38 tuổi, đã gánh vác trách nhiệm nặng nề và dẫn dắt đội ngũ sáng tạo trẻ này tiến lên phía trước để giải quyết những vấn đề tầm cỡ thế giới. Đối mặt với thách thức tầm cỡ thế giới này, chúng tôi chỉ có thể dò dẫm từng bước một, liên tục điều chỉnh các thành phần và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Giáo sư Yang Zhiyong, một chuyên gia của nhóm, đã nhớ lại tình hình khó khăn lúc đó với nhiều cảm xúc.
Ngày 8 tháng 12 năm 2021, hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ trọng điểm chính thức được khởi động. Ngày 30 tháng 8 năm 2022, lô linh kiện nghiên cứu sơ bộ đầu tiên đã vượt qua vòng đánh giá, xác minh tính khả thi của ý tưởng thiết kế cốt lõi. Ngày 4 tháng 3 năm 2023, dự án đã đạt được tiến triển quan trọng theo từng giai đoạn và bắt đầu sản xuất thử nghiệm công nghiệp các bộ phận nguyên mẫu tỷ lệ 1:1. Ngày 6 tháng 8 năm 2023, nguyên mẫu đã vượt qua thành công vòng đánh giá nghiêm ngặt, và tất cả các chỉ số hiệu suất vật liệu đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thiết kế, chứng minh tiềm năng ứng dụng kỹ thuật. Các đơn vị cấu thành của liên minh nghiên cứu và phát triển cũng đã mở rộng từ sáu đơn vị ban đầu lên 17 đơn vị, bao gồm công nghiệp, học thuật, nghiên cứu, kiểm định và ứng dụng. Trên cơ sở đó, ngày 16 tháng 11 năm 2023, Phòng thí nghiệm chung nghiên cứu và phát triển vật liệu kim loại cao cấp cho phản ứng tổng hợp hạt nhân chính thức được thành lập tại Viện Nghiên cứu Năng lượng thuộc Trung tâm Khoa học Quốc gia Hợp Phê. Khi nói đến các cột mốc quan trọng trong quá trình nghiên cứu và phát triển, Tiến sĩ Wang Changjun và Tiến sĩ Qin Jinggang có thể kể vanh vách.
Bước nhảy vọt từ phòng thí nghiệm sang công nghiệp hóa cũng khó khăn không kém. Để đạt được sản xuất hàng loạt trên 100 tấn, Viện Nghiên cứu Sắt thép Trung ương đã áp dụng mô hình "lõi nhỏ, hợp tác quy mô lớn", phối hợp với Viện Vật lý Plasma và Công ty Vật liệu Đặc biệt Jiuli để vượt qua nút thắt kỹ thuật trong cán thép tròn trong và vuông ngoài với độ chính xác cao. Sai số về kích thước của thép không vượt quá ±0,02 milimét. Hợp tác với Tập đoàn Sắt thép Panzhihua và Công ty Thép Đặc biệt Vạn Lý Trường Thành, chúng tôi đã hoàn thành thành công toàn bộ quy trình sản xuất một loạt tấm cán nóng có độ dày dưới 90 milimét. Hợp tác với Tập đoàn Điện lực Thượng Hải, Công ty Đúc và Rèn Shangzhong đã vượt qua thách thức sản xuất các sản phẩm rèn lớn 6 tấn và đạt được "không lỗi" đối với các sản phẩm rèn lớn dài 5.000 milimét. Sau hơn ba năm kiên trì và nỗ lực, "sản phẩm đầu tiên thuộc loại này ở Trung Quốc" cuối cùng đã nở rộ như một con bướm. Ngày 7 tháng 12 năm 2024, nhãn hiệu "CHSN01" chính thức được đăng ký, đánh dấu thành tựu nghiên cứu và phát triển đã chính thức bước vào giai đoạn ứng dụng kỹ thuật và xúc tiến công nghiệp, đồng thời nhanh chóng đạt được sản xuất hàng loạt, giúp Trung Quốc có bước nhảy vọt đầu tiên từ vị trí "theo sau" lên "dẫn đầu" trong lĩnh vực vật liệu nhiệt hạch hạt nhân.
Bước nhảy vọt về hiệu suất
Thiết lập một chuẩn mực quốc tế mới cho vật liệu tổng hợp hạt nhân ở nhiệt độ cực thấp.
Trong môi trường cực lạnh ở mức âm 268,95 độ C, thép thông thường giòn như thủy tinh. Đối mặt với khó khăn, nhóm nghiên cứu đã vượt qua giới hạn của vật liệu kết cấu chịu nhiệt độ thấp cho phản ứng tổng hợp hạt nhân, đạt được bước nhảy vọt về chất lượng trong các chỉ số hiệu suất của thép CHSN01 và thiết lập một chuẩn mực quốc tế mới: Trong môi trường cực lạnh ở mức âm 268,95 độ C, giới hạn chảy của lớp giáp CHSN01 vượt quá 1.500 megapascal, tương đương với diện tích bằng kích thước móng tay có thể chịu được trọng lượng của 15 con voi. Độ bền kéo vượt quá 1800 megapascal, độ giãn dài vượt quá 30%, và độ dai chống gãy tốt hơn 1/2 của 180 megapascal·m. So với lớp giáp thép không gỉ 316LN được sử dụng rộng rãi trong dự án ITER (Lò phản ứng nhiệt hạch thử nghiệm quốc tế), độ bền của nó đã tăng khoảng 40%, trong khi độ dẻo và độ dai tương đương. Nói cách khác, khi chịu tải trọng cơ học lớn, thép CHSN01 không chỉ cứng chắc như đá mà còn có khả năng chống gãy và biến dạng đáng kinh ngạc.
Trong khi đó, thép CHSN01 đã thúc đẩy một cuộc cách mạng về vật liệu nhẹ, thành công trong việc "thu nhỏ" hệ thống nam châm siêu dẫn tới 10%. Một thiết bị duy nhất có thể tiết kiệm được 100 tấn vật liệu kết cấu. Quan trọng hơn, nó có thể cải thiện đáng kể các thông số hoạt động của thiết bị trong không gian hạn chế.
Hiện nay, thép CHSN01 đã vượt qua bài kiểm tra "thực tiễn" khắt khe nhất của Viện Plasma, và hiệu suất của nó vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu hợp kim đặc biệt quốc tế như thép không gỉ 316LN và JJ1 được sử dụng trong ITER. Hiện tại, thép CHSN01 đã được ứng dụng trong sản xuất khoảng 300 tấn giáp bảo vệ và 200 tấn thanh thẳng hộp cuộn dây tại cơ sở BEST, hoàn thành việc xác minh dự án quy mô lớn nhất thế giới. Sự kết hợp giữa độ cứng và tính linh hoạt này làm cho thép CHSN01 trở thành một vật liệu bảo vệ mạnh mẽ cho các thành phần cốt lõi của lò phản ứng nhiệt hạch.
Về vấn đề này, báo cáo đánh giá kỹ thuật của Trung tâm Thư viện và Thông tin thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã nêu rõ: "Cả Trung Quốc và Phòng thí nghiệm Từ trường Cao quốc gia của Hoa Kỳ đều đã phát triển các vật liệu có độ bền kéo vượt quá 1.500 megapascal ở nhiệt độ âm 268,95 độ C. Tuy nhiên, chỉ có Trung Quốc mới có thể đồng thời đáp ứng các yêu cầu về độ giãn dài lớn hơn 30% và độ bền chống gãy lớn hơn 180 megapascal·m²."
Mở rộng ứng dụng
Sự đổi mới trên toàn bộ chuỗi công nghiệp tạo nên "xương sống bằng thép và sắt" của các thiết bị quốc gia chủ chốt.
Hiện nay, thép CHSN01 đã thiết lập được năng lực đổi mới toàn diện trong chuỗi công nghiệp, bao gồm "luyện kim - tạo hình - ứng dụng", thể hiện triển vọng ứng dụng và quảng bá rộng rãi.
Về mặt kiểm soát chính xác quá trình nấu chảy, nhóm nghiên cứu Sáng tạo hợp nhất hạt nhân của Viện Nghiên cứu Sắt thép Trung ương đã sáng tạo áp dụng quy trình nấu chảy chi phí thấp "lò điện + khử cacbon bằng argon-oxy + tinh luyện trong thùng chứa + nấu chảy lại bằng điện xỉ", đạt được chính xác hàm lượng cacbon cực thấp (C≤0,01%) và hàm lượng nitơ cao (N: ). Quy trình này có đặc điểm kiểm soát tạp chất cực thấp (P≤0,01%, S≤0,005%, Al≤0,02%, O≤0,002%), và công suất mẻ nấu lên đến 40 tấn mỗi lò, tạo nền tảng vững chắc cho việc cung cấp thép CHSN01 quy mô lớn.
Về lĩnh vực sản xuất cấu kiện, Viện Nghiên cứu Sắt thép Trung ương, Viện Vật lý Plasma và Công ty Vật liệu Đặc biệt Jiuli lần đầu tiên trên thế giới đã hoàn thành việc phát triển lớp vỏ thép không gỉ CHSN01 cường độ cao, chịu nhiệt độ thấp dùng cho nam châm nhiệt hạch, và đã vượt qua thử nghiệm hiệu năng trong điều kiện vận hành thực tế. Hợp tác với Công ty Thép Đặc biệt Vạn Lý Trường Thành thuộc Tập đoàn Sắt thép Panzhihua, Công ty Đúc và Rèn Shangzhong thuộc Tập đoàn Shanghai Electric và Công ty Thiết bị Nặng số 2 thuộc Tập đoàn Sinomach, họ đã cùng nhau hoàn thành việc phát triển một loạt các tấm thép cán nóng CHSN01 với độ dày từ 10mm đến 90mm và các sản phẩm rèn CHSN01 kích thước lớn 6 tấn (với độ dày 260mm × 560mm × 5000mm). Một chuỗi đổi mới hoàn chỉnh đã được thiết lập, bao gồm "lý thuyết điều chỉnh pha kết tủa ở nhiệt độ cao/trung bình → sản xuất cực kỳ chính xác các loại giáp/vật rèn siêu lớn → kiểm chứng toàn diện", điều này đã thúc đẩy bước nhảy vọt của Trung Quốc từ vị trí "theo sau" lên "dẫn đầu" trong lĩnh vực vật liệu kết cấu nhiệt độ thấp cho phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Hình ảnh cho thấy nam châm siêu dẫn BEST kích thước thật đầu tiên trên thế giới với lớp vỏ bằng thép CHSN01. (Ảnh do Viện Vật lý Plasma, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cung cấp)
Hình ảnh cho thấy bộ phận hộp cuộn dây TF được làm bằng thép CHSN01 trong thiết bị BEST, đây là khung đỡ quan trọng cho nam châm siêu dẫn. (Ảnh do Viện Vật lý Plasma, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cung cấp)
Về mặt mở rộng ứng dụng, bắt đầu từ lô hàng đầu tiên gồm 10 tấn vào tháng 1 năm 2024, việc cung cấp 100 tấn cho cơ sở BEST đã được thực hiện trong vòng một năm. Trong đó, tấm thép không gỉ CHSN01 với tổng trọng lượng khoảng 300 tấn đã hoàn thành việc giao hàng hơn 22.588 mét (tổng nhu cầu khoảng 52.438 mét), chiếm 43% tổng nhu cầu. Ba bộ phận cấu thành dạng ống tuyến tính hộp cuộn CHSN01 với tổng trọng lượng khoảng 200 tấn đã được giao thành công (tổng nhu cầu là 17 bộ). Hiện nay, phạm vi ứng dụng của nó đang nhanh chóng mở rộng từ các thành phần cốt lõi của thiết bị BEST sang các thị trường như bể chứa đông lạnh hàng không vũ trụ và thiết bị lưu trữ và vận chuyển năng lượng hydro, thu hút sự chú ý của các tổ chức hàng đầu quốc tế như Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Pháp (CEA) và Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) ở Đức.
Việc ứng dụng thép CHSN01 trên quy mô lớn là một câu trả lời hoàn hảo khác mà các nhà máy thép Trung Quốc đã đưa ra cho những thách thức chung của nhân loại. Trong tương lai, khi ánh sáng của "mặt trời nhân tạo" soi sáng nền văn minh nhân loại, thép CHSN01, với vai trò là xương sống thép nâng đỡ ánh sáng đó, chắc chắn sẽ ghi dấu ấn huy hoàng trong lịch sử chế tạo thiết bị quốc gia chủ chốt của ngành năng lượng mới ở Trung Quốc và thậm chí trên thế giới. Con tàu khổng lồ của cuộc cách mạng năng lượng sạch đang bắt đầu hành trình từ phương Đông.