本報記者 李巍 通訊員 楊業(yè)璐
2月3日，在河鋼集團張宣科技特種材料研究制造生產(chǎn)現(xiàn)場，為某高端客戶定向研制、可替代進(jìn)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(jīng)權(quán)威機構(gòu)實物檢驗，該材料關(guān)鍵性能優(yōu)于客戶標(biāo)準(zhǔn)要求，材料服役壽命將遠(yuǎn)超國內(nèi)同類產(chǎn)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(diào)研 摸準(zhǔn)靶向
氣閥合金是船舶、機車等領(lǐng)域動力系統(tǒng)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(huán)條件下的穩(wěn)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(guān)高端零部件制造產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yè)等領(lǐng)域用特殊鋼材料起步較晚，導(dǎo)致關(guān)鍵裝備絕大部分材料基本依賴進(jìn)口，被國外少數(shù)特鋼企業(yè)壟斷。張宣科技面向重大戰(zhàn)略需求，建設(shè)特種材料研究制造基地，以研制可替代進(jìn)口的國內(nèi)急需的特種材料為目標(biāo)，以產(chǎn)品研發(fā)和關(guān)鍵共性技術(shù)突破為核心，研發(fā)生產(chǎn)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(diào)研獲悉，相比燃?xì)廨啓C和航空用高溫超高溫氣閥合金材料，設(shè)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?xì)忾y合金品種負(fù)責(zé)人馬超介紹。針對這一潛在需求和市場的中間空白區(qū)，張宣科技特材研制公司在做好常規(guī)奧氏體氣閥鋼、鎳基高溫合金研發(fā)工作的基礎(chǔ)上，整合技術(shù)優(yōu)勢，成立專項研發(fā)團隊，對船舶領(lǐng)域用材需求進(jìn)行深入分析，重點推進(jìn)超級奧氏體不銹鋼氣閥合金材料研制攻關(guān)，全力推動特殊領(lǐng)域用材國產(chǎn)化、規(guī)?；云谠诟嗉?xì)分領(lǐng)域、個性化小眾化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)先。
“雖然沒有生產(chǎn)過這樣的產(chǎn)品，但是客戶和市場的需求就是我們研發(fā)的方向，我們要加大技術(shù)攻關(guān)力度，努力研發(fā)出可替代進(jìn)口的產(chǎn)品。”馬超信心十足。
大膽摸索 創(chuàng)新設(shè)計
新材料的研發(fā)應(yīng)用猶如新生命的孕育，充滿了未知和挑戰(zhàn)。成分設(shè)計、方案制訂、生產(chǎn)準(zhǔn)備、設(shè)備消缺、崗位操作、性能試驗等，每一個環(huán)節(jié)都需要摸索著干。
“特種材料領(lǐng)域定級保密嚴(yán)格、技術(shù)壁壘高，想要對標(biāo)學(xué)習(xí)行不通，能夠查閱的相關(guān)專業(yè)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(rèn)知中掌握我們自己的技術(shù)。”該單位主要負(fù)責(zé)人說。
該材料的研發(fā)技術(shù)難點之一是合金體系的創(chuàng)新。在研發(fā)初期，該公司氣閥合金產(chǎn)品研發(fā)團隊結(jié)合氣閥合金典型牌號的成分設(shè)計和生產(chǎn)控制特點，開展了多次技術(shù)探索。由于該材料的成分是根據(jù)某客戶要求專屬定制的，市場上無法采購到對應(yīng)的化學(xué)分析標(biāo)樣，該單位專門與河鋼集團材料院專家、行業(yè)權(quán)威機構(gòu)攜手定制了專屬的化學(xué)分析標(biāo)樣。
“綜合分析該客戶對該產(chǎn)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(shè)計環(huán)節(jié)充分借鑒了國外某品牌產(chǎn)品的成分設(shè)計經(jīng)驗，對該材料的加工性能、耐高溫疲勞性能進(jìn)行了優(yōu)化?！痹搯挝患夹g(shù)部負(fù)責(zé)人王超介紹。
在生產(chǎn)前，相關(guān)部門做好技術(shù)交底，逐一提出生產(chǎn)難點，并討論制訂了相應(yīng)的解決方案。為控制好合金加入量，該公司在詳細(xì)了解不同合金熔點及在真空下的特性后，優(yōu)化了物料碼垛方式，制訂三次稱量確認(rèn)法，保證合金重量的準(zhǔn)確性。為保證冶煉環(huán)節(jié)順利，他們還提前與相關(guān)部門協(xié)調(diào)溝通，準(zhǔn)備了特殊的原材料，認(rèn)真做好設(shè)備清理、溜槽烘烤等準(zhǔn)備工作，做到各環(huán)節(jié)整體把控和協(xié)調(diào)精準(zhǔn)到位。
在真空冶煉過程中，部分元素出現(xiàn)燒損問題，對產(chǎn)品的強度等性能產(chǎn)生不利影響。為獲得最理想的合金成分體系，該技術(shù)研發(fā)團隊潛心研究成分燒損規(guī)律及控制、鋁鈦元素離散度控制等課題，安排專人詳細(xì)統(tǒng)計每次試驗的數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)一組數(shù)據(jù)地進(jìn)行分析比對；強化易揮發(fā)元素吸收率控制，嚴(yán)格控制精煉溫度、時間、充氬壓力等關(guān)鍵參數(shù)，確保內(nèi)部成分達(dá)標(biāo)。
渣系組分直接關(guān)系產(chǎn)品的冶煉質(zhì)量。針對電渣重熔起弧階段出現(xiàn)的粘連、頂渣問題，技術(shù)人員對電渣錠的底部、表面、冒口等部位的表征進(jìn)行總結(jié)分析，根據(jù)渣料選擇的基本要求和組成特點，并結(jié)合電渣專家意見，經(jīng)過精密計算，與渣料供貨廠家聯(lián)系，進(jìn)一步改進(jìn)了渣料配方和用量；合理控制電流、電壓，各階段熔速保持穩(wěn)定。
通過不懈努力，最終產(chǎn)品獲得了理想的成分控制水平，產(chǎn)品各項性能指標(biāo)滿足客戶特殊使用需求。
精準(zhǔn)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(yè)區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場，鍛造專家逯師傅正在現(xiàn)場緊盯鍛造生產(chǎn)作業(yè)過程?！皩崿F(xiàn)三火次控制鍛造成型，鍛件表面質(zhì)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(dá)到客戶要求。”產(chǎn)品檢測結(jié)果出來后，技術(shù)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(chǎn)品質(zhì)量符合預(yù)期效果。
內(nèi)燃機中的進(jìn)氣閥、排氣閥由于長期受到腐蝕和熱機械應(yīng)力影響，易產(chǎn)生過度損失，極端情況下會產(chǎn)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(yōu)異的力學(xué)性能，是行業(yè)急需破解的難題之一。
面對這個難題，該公司技術(shù)研發(fā)團隊在變形控制技術(shù)上進(jìn)行攻關(guān)。在技術(shù)對接過程中，逯師傅結(jié)合前期鎳基高溫合金的生產(chǎn)經(jīng)驗和技術(shù)積累，針對該材料硬度大、加熱區(qū)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(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)測算，確定嚴(yán)格的鍛造方案，創(chuàng)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(chǎn)過程中，司車工、司錘工、掌尺工默契配合，嚴(yán)格執(zhí)行最新的鍛造方法，精準(zhǔn)控制每一錘的擊打力度、頻次、送進(jìn)量和翻轉(zhuǎn)角度，特別是在精鍛成型過程中采用不同方位調(diào)向調(diào)面鍛打、倒角和輕重錘結(jié)合的方法，精確把控鍛件的尺寸，實現(xiàn)全過程均勻鍛打，保證了該產(chǎn)品順利下線。
《中國冶金報》（2023年2月8日 03版三版）
