秉爭實業(yè)(馬鞍山市分公司)是生產(chǎn) 哈氏合金的專業(yè)廠家。本廠年銷售額達1000萬以上,廠房面積達五千多平方米,員工人數(shù)86人以上。本廠生產(chǎn)的各種系列 哈氏合金產(chǎn)品均按標準制作。已有悠久的生產(chǎn)歷史、工藝先進、技術力量雄厚、質(zhì)量穩(wěn)定可靠。擁有完善的檢測設備和嚴格的出廠檢驗制度。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展, 哈氏合金產(chǎn)品暢銷國內(nèi)二十多個省、市、自治區(qū),并贏得了國內(nèi)外客戶的一致好評!
鐵素體不銹鋼在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%,具有體心立方晶體結(jié)構。這類鋼一般不含鎳,有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素,這類鋼具導熱系數(shù)大,膨脹系數(shù)小、抗yang化性好、抗應力腐蝕優(yōu)良等特點,多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點,因而限制了它的應用。爐外精煉技術(AOD或VOD)的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低,因此使這類鋼獲得廣泛應用。
奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點,與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數(shù)高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能,也是一種節(jié)鎳不銹鋼。
馬氏體不銹鋼通過熱處理可以調(diào)整其力學性能的不銹鋼,通俗地說,是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型,如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度較高,不同回火溫度具有不同強韌性組合,主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據(jù)化學成分的差異,馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強化機理的不同,還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體(或半馬氏體)沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。
對于產(chǎn)品的檢驗,知道產(chǎn)品的來源和組織性能是無損檢測 的手段,也是NDT從業(yè)者的創(chuàng)新。
成分組成在18-8型不銹鋼的成分基礎上演變,主要有以下幾方面的重要發(fā)展:
1) 加Mo改善點蝕和耐縫隙腐蝕
2) 降C或加Ti、Nb,減少晶間腐蝕傾向
3) 加Ni和Cr改善高溫抗yang化性和強度
4) 加Ni改善抗應力腐蝕性能.
5) 加S、Se改善切削性和構件表面精度.
我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進發(fā)動機,將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動機被稱為“工業(yè)之花”,是航空工業(yè)中技術含量、難度的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發(fā)動機,特別重要的是金屬結(jié)構材料要具備輕質(zhì)、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能,這幾乎是結(jié)構材料中的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機對材料的苛刻要求而研制的,至今已成為航空發(fā)動機熱端部件不可替代的一類關鍵材料。目前,在先進的航空發(fā)動機中,高溫合金用量所占比例已高達50%以上。
在現(xiàn)代先進的航空發(fā)動機中,高溫合金材料用量占發(fā)動機總量的40%~60%。在航空發(fā)動機上,高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦 四大熱段零部件;此外,還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2、能源領域
高溫合金在能源領域中有著廣泛的應用。煤電用高參數(shù)超超臨界發(fā)電鍋爐中,過熱器和再過熱器必須使用抗蠕變性能良好,在蒸汽側(cè)抗氧化性能和在煙氣側(cè)抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材;在氣電用燃氣輪機中,渦輪葉片和導向葉片需要使用抗高溫腐蝕性能優(yōu)良和長期組織穩(wěn)定的抗熱腐蝕高溫合金;在核電領域中,蒸汽發(fā)生器傳熱管必須選用抗溶液腐蝕性能良好的高溫合金;在煤的氣化和節(jié)能減排領域,廣泛采用抗高溫熱腐蝕和抗高溫磨蝕性能優(yōu)異的高溫合金;在石油和天然氣開采,特別是深井開采中,鉆具處于4-150 ℃的酸性環(huán)境中,加之CO2,H2S和泥沙等的存在,必須采用耐蝕耐磨高溫合金 [5] 。
我國上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機廠等大型發(fā)電設備制造集團在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術等方面近年來有了較大提高,拉動了對發(fā)電設備用的渦 的需求。正在進行國產(chǎn)化研制的新一代發(fā)電裝備-大型地面燃機(也可作艦船動力)取得了顯著進展,實現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動對高溫合金的需求。同時,核電設備的國產(chǎn)化,也將拉動對國產(chǎn)高溫合金的需求。
1、含錸單晶葉片的研究
在單晶的成分設計中,要兼顧合金性能和工藝性能,由于單晶中不存在晶界,并應用在較為苛刻的環(huán)境下,所以引入了某些具有特殊作用的合金元素。隨著單晶合金的發(fā)展,合金的化學成分具有如下變化趨勢:引入Re元素,引入Ru、Ir等鉑族元素,增加難熔元素W、Mo、Re、Ta的含量;難熔元素的加入總量增加,C、B、Hf等元素從“完全去除”轉(zhuǎn)為“限量使用”;降低Cr含量從而允許加入更多其他的合金化元素而保持組織穩(wěn)定。
含錸單晶葉片大幅了其耐溫能力及蠕變強度。以PW公司的PWA1484、RR的CMSX-4,GE公司的Rene′N5為代表的第二代單晶合金與代單晶合金相比,通過加入3%的錸元素、適當增大了鈷和鉬元素的含量,使其工作溫度提高了30℃,持久強度與抗氧化腐蝕能力達到很好的平衡。
含錸單晶葉片是未來航空發(fā)動機渦輪葉片的趨勢。單晶葉片由于其耐溫能力、蠕變強度、熱疲勞強度、抗氧化性能和抗腐蝕特性較定向凝固柱晶合金有了顯著提高,從而很快得到了航空燃氣渦輪發(fā)動機界的普遍認可,幾乎所有先進航空發(fā)動機都采用了單晶合金用作渦輪葉片 [6] 。
自1956年爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個階段。
個階段:從1956年至20世紀70年代初是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列,如:GH4033,GH4049,GH2036,GH3030,K401和K403等。
第二個階段:從20世紀70年代中至90年代中期,是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號的發(fā)動機,提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術和產(chǎn)品質(zhì)量控制。
第三階段:從20世紀90年代中至今,是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應用和開發(fā)了一批新工藝,研制和生產(chǎn)了一系列高性能、次的新合金。
目前,我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院、北京航空材料研究院、中國科學院金屬研究所、北京科技大學、東北大學、西北工業(yè)大學等,主要生產(chǎn)企業(yè)有:中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機械集團萬航模鍛廠(二重)等。在此基礎上,我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。
雖然高溫金屬合金材料在我國已發(fā)展近60年,但行業(yè)發(fā)展仍處于成長期。由于高溫金屬合金材料領域具有較高技術含量,該行業(yè)企業(yè)擁有較深護城河。我國高溫金屬合金每年需求量在2萬噸以上,國內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬噸左右,市場容量超過80億元,其中進口占比較大。未來20年我國各類軍機采購需求在2800架左右,民用飛機采購數(shù)量在5400架左右,對應的高溫合金需求在1500億以上,再加上500億的燃氣輪機需求,僅高溫合金空間一項就有2000億的市場空間即將打開。
我國目前的生產(chǎn)能力與需求相比存在兩個缺口:(1)生產(chǎn)能力不足。目前我國高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有限,生產(chǎn)能力與需求之間存在較大缺口,在燃氣輪機、核電等領域的高溫合金主要還依賴進口。(2)高端產(chǎn)品難以滿足應用需求。我國的高溫合金生產(chǎn)水平與美國、俄羅斯等國有著較大差距,隨著我國研制更高性能的航空航天發(fā)動機,高溫合金材料在供應上存在無法滿足應用需求的現(xiàn)象 [1] 。