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創新工藝讓“超級”材料替代進口
——張宣科技超級奧氏體不銹鋼氣閥合金材料研發側記

2023-02-08 09:09:00

  本報記者 李巍 通訊員 楊業璐
  2月3日,在河鋼集團張宣科技特種材料研究制造生產現場,為某高端客戶定向研制、可替代進口的超級奧氏體不銹鋼氣閥合金材料順利下線,即將交付用戶使用。值得一提的是,經權威機構實物檢驗,該材料關鍵性能優于客戶標準要求,材料服役壽命將遠超國內同類產品25%,具有足夠的使用壽命和超高的性價比,可替代國外同級別的GH4080A、Inconel751等氣閥合金材料。
  深度調研 摸準靶向
  氣閥合金是船舶、機車等領域動力系統的重要配件。比起其他750攝氏度級別氣閥合金的常用材料,該材料具有足夠的高溫強度、韌性,良好的抗氧化性和耐蝕性,以及冷熱循環條件下的穩定性,能滿足特殊服役工況條件,市場需求量大。
  近年來,航空、航天、海工等相關高端零部件制造產業發展迅速,對氣閥合金的需求量增加近一倍。但由于我國陸海油氣田及石化工業等領域用特殊鋼材料起步較晚,導致關鍵裝備絕大部分材料基本依賴進口,被國外少數特鋼企業壟斷。張宣科技面向重大戰略需求,建設特種材料研究制造基地,以研制可替代進口的國內急需的特種材料為目標,以產品研發和關鍵共性技術突破為核心,研發生產高性能模具材料、航空航天用鎳基高溫合金、耐蝕合金、精密儀器用功能合金等特種材料,并為客戶提供最具價值的材料解決方案。
  “我們通過市場調研獲悉,相比燃氣輪機和航空用高溫超高溫氣閥合金材料,設計在750攝氏度級別的中長壽命氣閥合金材料在市場上可選的品種有限?!睆埿萍細忾y合金品種負責人馬超介紹。針對這一潛在需求和市場的中間空白區,張宣科技特材研制公司在做好常規奧氏體氣閥鋼、鎳基高溫合金研發工作的基礎上,整合技術優勢,成立專項研發團隊,對船舶領域用材需求進行深入分析,重點推進超級奧氏體不銹鋼氣閥合金材料研制攻關,全力推動特殊領域用材國產化、規?;?,以期在更多細分領域、個性化小眾化領域實現領先。
  “雖然沒有生產過這樣的產品,但是客戶和市場的需求就是我們研發的方向,我們要加大技術攻關力度,努力研發出可替代進口的產品?!瘪R超信心十足。
  大膽摸索 創新設計
  新材料的研發應用猶如新生命的孕育,充滿了未知和挑戰。成分設計、方案制訂、生產準備、設備消缺、崗位操作、性能試驗等,每一個環節都需要摸索著干。
  “特種材料領域定級保密嚴格、技術壁壘高,想要對標學習行不通,能夠查閱的相關專業書籍和資料也十分稀缺。我們唯一的辦法就是‘大膽試’,在不斷深化認知中掌握我們自己的技術?!痹搯挝恢饕撠熑苏f。
  該材料的研發技術難點之一是合金體系的創新。在研發初期,該公司氣閥合金產品研發團隊結合氣閥合金典型牌號的成分設計和生產控制特點,開展了多次技術探索。由于該材料的成分是根據某客戶要求專屬定制的,市場上無法采購到對應的化學分析標樣,該單位專門與河鋼集團材料院專家、行業權威機構攜手定制了專屬的化學分析標樣。
  “綜合分析該客戶對該產品成分性能、冶煉手段、使用用途等個性化需求后,我們在合金成分的設計環節充分借鑒了國外某品牌產品的成分設計經驗,對該材料的加工性能、耐高溫疲勞性能進行了優化?!痹搯挝患夹g部負責人王超介紹。
  在生產前,相關部門做好技術交底,逐一提出生產難點,并討論制訂了相應的解決方案。為控制好合金加入量,該公司在詳細了解不同合金熔點及在真空下的特性后,優化了物料碼垛方式,制訂三次稱量確認法,保證合金重量的準確性。為保證冶煉環節順利,他們還提前與相關部門協調溝通,準備了特殊的原材料,認真做好設備清理、溜槽烘烤等準備工作,做到各環節整體把控和協調精準到位。
  在真空冶煉過程中,部分元素出現燒損問題,對產品的強度等性能產生不利影響。為獲得最理想的合金成分體系,該技術研發團隊潛心研究成分燒損規律及控制、鋁鈦元素離散度控制等課題,安排專人詳細統計每次試驗的數據,一組數據一組數據地進行分析比對;強化易揮發元素吸收率控制,嚴格控制精煉溫度、時間、充氬壓力等關鍵參數,確保內部成分達標。
  渣系組分直接關系產品的冶煉質量。針對電渣重熔起弧階段出現的粘連、頂渣問題,技術人員對電渣錠的底部、表面、冒口等部位的表征進行總結分析,根據渣料選擇的基本要求和組成特點,并結合電渣專家意見,經過精密計算,與渣料供貨廠家聯系,進一步改進了渣料配方和用量;合理控制電流、電壓,各階段熔速保持穩定。
  通過不懈努力,最終產品獲得了理想的成分控制水平,產品各項性能指標滿足客戶特殊使用需求。
  精準控制 順利下線
  1月28日下午,在張宣科技特材研制公司鍛壓作業區生產現場,鍛造專家逯師傅正在現場緊盯鍛造生產作業過程?!皩崿F三火次控制鍛造成型,鍛件表面質量良好,沒有裂紋、折疊等缺陷,外形尺寸精度控制水平完全達到客戶要求?!碑a品檢測結果出來后,技術員張波忍不住松了一口氣,他們通過采用最新的“兩次鐓拔+單向拔長+精鍛成型”變形控制方法,鍛造出的產品質量符合預期效果。
  內燃機中的進氣閥、排氣閥由于長期受到腐蝕和熱機械應力影響,易產生過度損失,極端情況下會產生功能失效。如何保障材料在具有足夠高的耐腐蝕性的同時,還具有優異的力學性能,是行業急需破解的難題之一。
  面對這個難題,該公司技術研發團隊在變形控制技術上進行攻關。在技術對接過程中,逯師傅結合前期鎳基高溫合金的生產經驗和技術積累,針對該材料硬度大、加熱區間窄、尺寸范圍小等難點,對鍛造火次、每火次的壓下量及鍛造溫度等數據進行詳細測算,確定嚴格的鍛造方案,創新研究制訂了“兩次鐓拔+單向拔長+精鍛成型”變形控制方法。
  在生產過程中,司車工、司錘工、掌尺工默契配合,嚴格執行最新的鍛造方法,精準控制每一錘的擊打力度、頻次、送進量和翻轉角度,特別是在精鍛成型過程中采用不同方位調向調面鍛打、倒角和輕重錘結合的方法,精確把控鍛件的尺寸,實現全過程均勻鍛打,保證了該產品順利下線。
  《中國冶金報》(2023年2月8日 03版三版)

 

來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯:宋玉錚

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