本报通讯员 王杨 靳红伟
在航空航天、核电、石油化工等领域，极端工况对材料性能提出近乎苛刻的要求。镍基高温合金IN718作为该领域的“性能王牌”，其制备技术的突破对实现高端装备自主可控至关重要。
河钢集团张宣科技聚焦国家战略需求，携手北京科技大学组建联合攻关团队，以产学研一体化优势破解行业难题，成功突破双真空IN718锻材制备关键技术难题。经检测，该材料杂质总含量小于0.0020wt%（质量百分比）、650摄氏度高温环境下的抗拉强度达1194兆帕、晶粒度达10级~10.5级、高温持久性达40小时（国标25小时），四大核心指标同步跻身行业顶尖行列，为高端装备极端工况应用注入硬核底气。
精准把控全流程
破解纯净冶炼难题
“‘双真空’工艺的核心目标是‘纯’与‘匀’，任何成分的偏差都可能导致产品性能‘失准’。”张宣科技特材攻关团队负责人王超介绍，镍基高温合金IN718作为全球高温合金市场占比35%的核心材料，需在零下253摄氏度~650摄氏度的宽温域内保持稳定的机械性能，此前国内“双真空”（真空感应炉VIM+真空自耗炉VAR）制备工艺一直面临杂质超标、成分波动等瓶颈，长期依赖进口。
为掌握原创技术，该团队从原料源头入手，建立超高纯原料筛选标准，对每批次原料进行多维度成分检测。在真空感应炉冶炼阶段，该团队通过实验室小炉熔炼试验和大锭型试制，细致分析VIM（真空感应熔炼）熔化、精炼、合金化等5个不同时期原料的加入顺序对合金氧、氮、硫等杂质元素的去除效果和铝、钛等关键元素窄成分控制的影响，先后10余次优化原料配比方案。同时，该团队精准控制熔化功率与升温速率，精控精炼时间以促进杂质元素挥发。
此外，他们建立直径380毫米级真空浇铸充型凝固多场耦合模型，分析不同浇铸速度、流槽结构与流槽内熔体运动状态对夹杂物去除效果的影响。针对真空自耗炉冶炼关键参数的有效优化，经过数10次试验，他们摸索出包含熔化速率、冷却强度、电流强度等差异化参数组合下熔池深度、熔池形貌和枝晶间距的演变规律，实现铸锭缺陷的精准预防。
“我们通过实施‘全流程合金化控制’技术，对关键合金元素的加入时机、加入量进行精细化调控，成功解决了传统工艺中易出现的夹杂物缺陷和‘脏白斑’问题，将氧、氮、硫等有害杂质总含量控制在0.0020wt%以下，达到国际超纯净材料标准。”王超表示。
优化锻造热处理工艺
智造极致性能标杆
走进特材产线锻压作业区生产现场，巨大的快锻机锤头平稳起落，通红的IN718合金材料在精准控制下逐步塑形。“高温合金的锻造过程就像是‘千锤百炼’，既要保证强度，又要兼顾韧性，还要控制晶粒度，每一步都得精准拿捏。”该产线技术部主管工程师苏爱民指着正在作业的设备介绍道。
为确保IN718双真空铸锭工艺稳定落地，该团队跳出传统思维，构建“均质化预处理+梯度温锻”的创新技术路径，通过分阶段控温处理、精准控制各道次压下量和锻造温度，有效解决了低熔点相残留、初熔等隐患，从源头提升铸锭成分均匀性，精准消除铸锭内部组织缺陷，为细晶制备奠定了基础。
在热处理环节，该团队研发出“固溶强化+分级时效”工艺，通过优化保温时间和冷却速率，使材料形成均匀细小的强化相，大幅提升高温力学性能。
长期以来，国内高端IN718锻材的双真空制备技术受限于工艺瓶颈，关键领域所需材料多依赖进口，不仅成本高昂，还面临供应链安全风险。王超表示：“优化锻造工艺后，材料的晶粒度稳定达到10级~10.5级，650摄氏度下的抗拉强度高达1194兆帕，远超行业常规水平。”该材料下线试验后，稳定服役时长达到40小时，展现出卓越的抗蠕变性能，形成的“超纯净冶炼、细晶制备、缺陷控制”全流程制备体系具有可复制、可推广价值。
《中国冶金报》（2026年01月07日 03版三版）
