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我国高温合金标准体系现状与发展
信息来源:世界金属导报2020-12-22A12      时间:2020-12-28 16:55:23

高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的高端金属结构材料。根据不同分类依据,高温合金可有多种分类方法:按主要元素可分为铁基、镍基和钴基三类高温合金,其中,镍基高温合金应用范围最广,占比达80%;按制备工艺可分为变形(牌号GH)、铸造(等轴晶——牌号K、定向柱晶——牌号DZ和单晶——牌号DD)、粉末(牌号FGH)和金属间化合物高温合金(牌号JG)四大类高温合金;按强化方式可分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化。

高温合金因具有较高的高温强度,良好的抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳等性能,已成为航空航天、石油化工、核工业、汽车等多个重要工业领域发展的关键特种材料。同时,因其研制和生产技术的门槛很高,投入较大,欧美、俄罗斯及我国均将高温合金当作极其重要的战略材料。对我国而言,因我国对高温合金的研究起步稍晚,且之前一直处于以型号需求为牵引的研发模式,导致了国产高温合金“品种多、批量小”的特点,造成了许多共性技术细节的基础研究不够系统和深入。此外,国产高温合金的生产一直以来多采用根据应用要求进行,即按照用户提出的相应型号标准、企业标准和技术协议进行生产和验收的订购和采购模式,因不同应用领域对高温合金的技术要求不同,导致国产高温合金的相关要求及技术参数信息比较分散,基础研究的薄弱和相关标准的缺失成为实现国产高温合金高质量发展道路上必须面对和解决的两大问题。作为冶金领域标准化工作者,我们将在我国高温合金标准领域不断完善体系的建设,推进标准化工作,为提升国产高温合金整体技术水平,参与国际竞争提供助力和支持。

我国高温合金标准和标准体系现状与发展

国家标准的建立

20世纪50年代,我国刚开始试制生产高温合金时,直接采用原苏联材料技术条件AMTY的翻译本,但由于我国的设备条件与前苏联不尽相同,同时随着我国高温合金生产和使用经验的积累,冶金厂、航空工厂和研究院所自20世纪60年代初期开始共同制定我国高温合金的技术条件,即开始建立冶金行业标准。1965年原冶金工业部发布了我国第一批高温合金产品及检验方法的冶金行业标准发布(YB 507-65、YB513~517-65等)。20世纪70年代后期,随着我国高温合金的应用由航空、航天推广到民用行业,航空航天部门和原冶金工业部在冶标(YB)的基础上共同制定了高温合金各类变形产品的国家内部标准(GBn),同时制定了高温合金牌号标准GBn175-82。进入20世纪90年代,随着我国高温合金生产技术的不断进步,我国开始对高温合金标准进行了二次修订并逐步形成了目前的高温合金国家标准体系,具体的发展历程见表1。

标准体系的形成

高温合金作为航空航天发动机热端部件中不可替代的关键材料,以及关系到国家安全、资源开发的重大战略材料,20世纪80年代初期,根据航空、冶金工业部关于“航空用重要金属材料应制定航空专用标准”的协议精神,航空部门开始制定航空用高温合金的行业标准(HB)。20世纪80年代后期,随着高温合金在航空、航天等型号上的应用,原冶金部、航空部门、航天部门又陆续制定了多项航空、航天用高温合金的国家军用标准。到20世纪90年代末,我国高温合金逐步形成了国标、国军标、行业标准的统一体系,初步形成了涵盖变形和铸造高温合金各材料产品标准,配套热工艺和测试方法标准的高温合金标准体系。

我国高温合金牌号的命名

与国外各制造商各自形成高温合金体系标准不同,我国高温合金建立了统一的高温合金命名规则:GB/T 14992《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》。我国高温合金牌号的命名采用字母加阿拉伯数字相结合的方法表示,以合金成型方式、基体元素和强化方式、合金编号的顺序构建了完整体系。其中,合金成型方式有变形高温合金、铸造高温合金(包括等轴晶铸造高温合金、定向凝固柱晶高温合金和单晶高温合金)、焊接用高温合金丝、粉末冶金高温合金、弥散强化高温合金和金属间化合物高温材料之分;在这些不同合金成型方式之下,再分铁基、镍基、钴基及铬基合金;在相同基体之下,又分固溶强化和时效强化类型等。高温合金牌号的命名规则见图1和表2的表述

高温合金标准化近期发展规划

高温合金作为航空、航天、石油化工、能源等各个重要领域的关键战略材料,在中美关系日益紧张的世界环境下,早日实现我国高温合金的全自主研发和进口替代,解决各项“卡脖子”技术是我国近些年来的重点关注方向。近年来,国家相继出台的一系列新材料发展规划,如:《中国制造2025》、《关于加快新材料产业创新发展的指导意见》(2016年)、《新材料产业发展指南》(2017年)、《新材料标准领航行动计划(2018- 2020年)》 (2018年)等,均将高温合金作为高端装备用重点产品。这是我国高温合金发展的重要机遇。标准是保证和提高产品质量的依据,是产品进入国际国内市场的必备条件,因此,加快高温合金,尤其是高端高温合金标准的研制是促进我国工业发展的技术基础。

为了促进我国重要领域用高温合金实现国产化,实现进口替代,使我国高温合金的质量有新的突破,达到国外先进水平,全国钢标准化委员会专门组织国内有关单位的专家开展了我国高温合金标准体系的研究,提出了新的高温合金标准体系建设方案(如图2)。还制定了标准制修订路线图,按计划分步实施。截至目前,在研的标准项目有3项,均已处于立项阶段。

结论

高温合金作为国家关键的战略材料,其产品质量直接关系到我国高端装备的发展。加快高温合金标准研制是促进工业发展的技术基础。

我国高温合金目前已经形成了比较完整的高温合金体系,部分产品已实现了进口替代,但在一些高端高温合金领域,我国技术水平还明显落后于国际先进水平,无法研制出达到国际主流水平的成熟产品,还需不断努力缩短差距,研制生产具有独立自主知识产权的高温合金牌号。

目前,我国高温合金的标准体系已基本建立,应加强标准宣贯,尽快建立标准实施反馈机制,促进标准水平不断提高。 (王琳 栾燕)

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