首页>新闻中心>新材料前沿

创新工艺让“超级”材料替代进口
——张宣科技超级奥氏体不锈钢气阀合金材料研发侧记

2023-02-08 09:09:00

  本报记者 李巍 通讯员 杨业璐
  2月3日,在河钢集团张宣科技特种材料研究制造生产现场,为某高端客户定向研制、可替代进口的超级奥氏体不锈钢气阀合金材料顺利下线,即将交付用户使用。值得一提的是,经权威机构实物检验,该材料关键性能优于客户标准要求,材料服役寿命将远超国内同类产品25%,具有足够的使用寿命和超高的性价比,可替代国外同级别的GH4080A、Inconel751等气阀合金材料。
  深度调研 摸准靶向
  气阀合金是船舶、机车等领域动力系统的重要配件。比起其他750摄氏度级别气阀合金的常用材料,该材料具有足够的高温强度、韧性,良好的抗氧化性和耐蚀性,以及冷热循环条件下的稳定性,能满足特殊服役工况条件,市场需求量大。
  近年来,航空、航天、海工等相关高端零部件制造产业发展迅速,对气阀合金的需求量增加近一倍。但由于我国陆海油气田及石化工业等领域用特殊钢材料起步较晚,导致关键装备绝大部分材料基本依赖进口,被国外少数特钢企业垄断。张宣科技面向重大战略需求,建设特种材料研究制造基地,以研制可替代进口的国内急需的特种材料为目标,以产品研发和关键共性技术突破为核心,研发生产高性能模具材料、航空航天用镍基高温合金、耐蚀合金、精密仪器用功能合金等特种材料,并为客户提供最具价值的材料解决方案。
  “我们通过市场调研获悉,相比燃气轮机和航空用高温超高温气阀合金材料,设计在750摄氏度级别的中长寿命气阀合金材料在市场上可选的品种有限。”张宣科技气阀合金品种负责人马超介绍。针对这一潜在需求和市场的中间空白区,张宣科技特材研制公司在做好常规奥氏体气阀钢、镍基高温合金研发工作的基础上,整合技术优势,成立专项研发团队,对船舶领域用材需求进行深入分析,重点推进超级奥氏体不锈钢气阀合金材料研制攻关,全力推动特殊领域用材国产化、规模化,以期在更多细分领域、个性化小众化领域实现领先。
  “虽然没有生产过这样的产品,但是客户和市场的需求就是我们研发的方向,我们要加大技术攻关力度,努力研发出可替代进口的产品。”马超信心十足。
  大胆摸索 创新设计
  新材料的研发应用犹如新生命的孕育,充满了未知和挑战。成分设计、方案制订、生产准备、设备消缺、岗位操作、性能试验等,每一个环节都需要摸索着干。
  “特种材料领域定级保密严格、技术壁垒高,想要对标学习行不通,能够查阅的相关专业书籍和资料也十分稀缺。我们唯一的办法就是‘大胆试’,在不断深化认知中掌握我们自己的技术。”该单位主要负责人说。
  该材料的研发技术难点之一是合金体系的创新。在研发初期,该公司气阀合金产品研发团队结合气阀合金典型牌号的成分设计和生产控制特点,开展了多次技术探索。由于该材料的成分是根据某客户要求专属定制的,市场上无法采购到对应的化学分析标样,该单位专门与河钢集团材料院专家、行业权威机构携手定制了专属的化学分析标样。
  “综合分析该客户对该产品成分性能、冶炼手段、使用用途等个性化需求后,我们在合金成分的设计环节充分借鉴了国外某品牌产品的成分设计经验,对该材料的加工性能、耐高温疲劳性能进行了优化。”该单位技术部负责人王超介绍。
  在生产前,相关部门做好技术交底,逐一提出生产难点,并讨论制订了相应的解决方案。为控制好合金加入量,该公司在详细了解不同合金熔点及在真空下的特性后,优化了物料码垛方式,制订三次称量确认法,保证合金重量的准确性。为保证冶炼环节顺利,他们还提前与相关部门协调沟通,准备了特殊的原材料,认真做好设备清理、溜槽烘烤等准备工作,做到各环节整体把控和协调精准到位。
  在真空冶炼过程中,部分元素出现烧损问题,对产品的强度等性能产生不利影响。为获得最理想的合金成分体系,该技术研发团队潜心研究成分烧损规律及控制、铝钛元素离散度控制等课题,安排专人详细统计每次试验的数据,一组数据一组数据地进行分析比对;强化易挥发元素吸收率控制,严格控制精炼温度、时间、充氩压力等关键参数,确保内部成分达标。
  渣系组分直接关系产品的冶炼质量。针对电渣重熔起弧阶段出现的粘连、顶渣问题,技术人员对电渣锭的底部、表面、冒口等部位的表征进行总结分析,根据渣料选择的基本要求和组成特点,并结合电渣专家意见,经过精密计算,与渣料供货厂家联系,进一步改进了渣料配方和用量;合理控制电流、电压,各阶段熔速保持稳定。
  通过不懈努力,最终产品获得了理想的成分控制水平,产品各项性能指标满足客户特殊使用需求。
  精准控制 顺利下线
  1月28日下午,在张宣科技特材研制公司锻压作业区生产现场,锻造专家逯师傅正在现场紧盯锻造生产作业过程。“实现三火次控制锻造成型,锻件表面质量良好,没有裂纹、折叠等缺陷,外形尺寸精度控制水平完全达到客户要求。”产品检测结果出来后,技术员张波忍不住松了一口气,他们通过采用最新的“两次镦拔+单向拔长+精锻成型”变形控制方法,锻造出的产品质量符合预期效果。
  内燃机中的进气阀、排气阀由于长期受到腐蚀和热机械应力影响,易产生过度损失,极端情况下会产生功能失效。如何保障材料在具有足够高的耐腐蚀性的同时,还具有优异的力学性能,是行业急需破解的难题之一。
  面对这个难题,该公司技术研发团队在变形控制技术上进行攻关。在技术对接过程中,逯师傅结合前期镍基高温合金的生产经验和技术积累,针对该材料硬度大、加热区间窄、尺寸范围小等难点,对锻造火次、每火次的压下量及锻造温度等数据进行详细测算,确定严格的锻造方案,创新研究制订了“两次镦拔+单向拔长+精锻成型”变形控制方法。
  在生产过程中,司车工、司锤工、掌尺工默契配合,严格执行最新的锻造方法,精准控制每一锤的击打力度、频次、送进量和翻转角度,特别是在精锻成型过程中采用不同方位调向调面锻打、倒角和轻重锤结合的方法,精确把控锻件的尺寸,实现全过程均匀锻打,保证了该产品顺利下线。
  《中国冶金报》(2023年2月8日 03版三版)

 

来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网

编辑:宋玉铮

版权说明

【1】 凡本网注明"来源:中国冶金报—中国钢铁新闻网"的所有作品,版权均属于中国钢铁新闻网。媒体转载、摘编本网所刊 作品时,需经书面授权。转载时需注明来源于《中国冶金报—中国钢铁新闻网》及作者姓名。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
【2】 凡本网注明"来源:XXX(非中国钢铁新闻网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网 赞同其观点,不构成投资建议。
【3】 如果您对新闻发表评论,请遵守国家相关法律、法规,尊重网上道德,并承担一切因您的行为而直接或间接引起的法律 责任。
【4】 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的。电话:010—010-64411649
品牌联盟
  • 燃烧装置2.gif
  • 湖南华菱集团.jpg
  • 山东钢铁集团.jpg
  • 1_看图王.png
  • W020190430461031429831.jpg
  • 首钢.jpg
  • 冶金工业规划研究院logo1.jpg
  • W020130618825601874406.jpg
  • W020130618825602778336.jpg
  • W020130618825603702632.jpg
  • W020130618825617201098.jpg
  • W020130618825606679805.jpg
  • W020130618825607505186.jpg
  • brand04.png
  • brand06.png
  • brand05.png
  • brand03.png
  • brand02.png
  • brand01.png
    read_image.gif

    地址:北京市朝阳区安贞里三区26楼 邮编:100029 电话:(010)64442120/(010)64442123 传真:(010)64411645 电子邮箱:csteelnews@126.com

    中国冶金报/中国钢铁新闻网法律顾问:大成律师事务所 杨贵生律师 电话:010-58137252 13501065895 Email:guisheng.yang@dentons.cn

    中国钢铁新闻网版权所有,未经书面授权禁止使用 京ICP备07016269号 京公网安备11010502033228