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航空航天用特钢亟待快速升级

2016-05-10 09:30:14
作者:本网整理
来源:中国冶金报,中国钢铁新闻网

尽管碳纤维、石墨烯、钛合金、稀土等新材料在航空、航天领域被大量采用,但高性能、高品质钢材仍是航空、航天制造不可或缺的重要材料,如高强度结构钢等高疲劳性能、高耐磨马氏体时效钢,高精度、高表面质量、高疲劳寿命弹簧钢,超高强度螺栓和弹簧用钢,高使用应力悬架弹簧钢,高腐蚀疲劳强度弹簧用钢,高使用应力发动机气门弹簧用钢,高温渗碳型齿轮、轴类件用钢,飞机关键承力构件需要的超高强度钢,等等。这些都需要钢铁企业的有关产品尽快上档升级,达到国际先进水平,以满足国内航空航天市场需要。

    “飞机发动机材料如果不采用钛及其他合金元素材料制造的话,飞两个小时就必须返回地面;而采用钛及其他合金元素新材料生产的发动机,可以飞20多个小时。”4月中旬,在西北有色金属研究院产品陈列室,一名多年从事航空新材料研究的科技人员通过一个个事例,向中国冶金报、中国钢铁新闻网记者介绍着材料在人类历史发展过程中,特别是在航空、航天领域的重要作用。

 

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航空航天技术发展迫切需要高档次材料


    “一代材料,一代飞机”,材料是航空、航天技术发展的重要基础,是传统产业升级换代和高新技术产业发展的先导。没有高端技术制造的新材料,我国航空航天工业发展就难以达到尖端,难以快速赶超世界先进水平,就会永远受制于人。


    陕西省是我国航空、航天工业重要研发、制造基地之一,近年来,在各类飞机、航天器研发过程中取得过重大突破,因此,对航空、航天产业发展新材料的应用方面有着深刻的体会。专家表示,目前,我国与世界先进国家相比,第三代航空用热强钛合金、高强铝合金、超高强度结构钢、不锈钢、单晶粉末高温合金等,相差15年~20年。专家还认为,我国在航空航天领域材料方面存在材料牌号多、乱且重复;低水平材料多,高水平材料少;仿制国外材料多,自主创新研制材料少;用途单一材料多,一材多用材料少;研制材料成果多,工程化应用少等问题。这些问题都严重制约我国航空航天产业的快速高水平发展。


    据介绍,目前,我国已有航空材料牌号2000多个,居世界之首。高温合金材料近100个,几乎占全世界航空用高温合金牌号总和,但这些材料牌号存在严重的重复仿制。材料的大量重复,耗费了大量的人力、资金,影响了航空材料的自主创新发展,以及改进、改型和应用研究。例如,主要用于制造齿轮的渗透钢,重复仿制7个牌号;主要用于制造轴承类零件的结构钢,重复仿制5个牌号;主要用于压气机叶片、盘的马氏体不锈钢,重复仿制6个。


    还有专家认为,当前,一些国内的钢材材料实物质量低于国际水平,主要表现在:不同炉次的材料,成分与性能虽然符合材料标准,但材料的一致性、均匀性和稳定性差;有的材料研发起点低,基础薄弱,经历曲折,材料选用、研制及采购没有规范的程序,没有建立体系;有的材料性能和数据存在少、缺、散状况,不利于正确使用,给航空产品的结构设计分析体系、寿命预测及可靠性评估造成极大困难……这些问题,也一直制约着我国航空产业的发展。


   
高性能、高品质钢材不可或缺


    航空航天工业材料属于“十三五”规划中战略性新材料产业的组成部分,市场空间很大。目前,我国航空航天制造业的发展路径已逐渐清晰,国产战机已步入全面代际更替阶段,与其配套的国产发动机全面量产,从而替代进口发动机……这些变革将使我国航空制造业步入扩张领域,航天航空用金属新材料迎来发展的黄金时代。


    有关资料显示,到2030年,中国民航、军用飞机需求分别约2800架、2200架,机队规模约5500架、6000架,其中大型客机将达2000架。届时,中国将成为仅次于美国的全球第二大航空市场,未来航材实现国产替代将成为大势所趋。而航空材料国产化替代进口,有望带动庞大材料产业链条技术突破和下游应用推广。


    专家认为,尽管碳纤维、石墨烯、钛合金、稀土等新材料在航空、航天领域被大量采用,但高性能、高品质钢材仍是航空、航天制造不可或缺的重要材料,如高强度结构钢等高疲劳性能、高耐磨马氏体时效钢,高精度、高表面质量、高疲劳寿命弹簧钢,超高强度螺栓和弹簧用钢,高使用应力悬架弹簧钢,高腐蚀疲劳强度弹簧用钢,高使用应力发动机气门弹簧用钢,高温渗碳型齿轮、轴类件用钢,飞机关键承力构件需要的超高强度钢,等等。这些都需要钢铁企业的有关产品尽快上档升级,达到国际先进水平,以满足国内航空航天市场需要。


    据介绍,目前,低合金超高强度钢300M是典型的飞机起落架用钢;低合金超高强度钢D6AC是典型的固体火箭发动机壳体材料;超高强度AF1410钢因其高强度、高断裂韧性,以及优良的焊接和切削、成型性能而备受青睐;超高强度钢30CrMnSiNi2A以其综合性能优良、经热处理后获得的高强度、良好的塑性和韧性、良好的抗疲劳性能和断裂韧性、低的疲劳裂纹扩展速率,因而在航空工业中占有重要地位。


    专家建议,钢铁新兴材料的发展、产品的升级上档、新产品的研发等都为钢铁企业提供了新机遇,因此,开展钢铁新材料研发、工业生产的力度应该加大。在发展钢铁新材料方面,钢铁企业应通过创新,尽快改变钢铁生产工艺,改善组织结构,以提高钢的纯净度,从而研发生产出具有特种优异性能的钢材品种。


    关于航空航天用特殊钢材研发的重点,专家认为,目前集中在以下方面:轴承钢疲劳寿命的可靠性,如何在特殊环境下达到长寿命和耐热、耐蚀性能等要求;研发出能满足航空、宇航特殊使用要求的高纯净度钢材、超低氧含量等准高温轴承钢及高速无噪音轴承钢,马氏体不锈钢、轴承钢,高清洁度、高温轴承钢,高耐磨马氏体时效钢等高精度、高表面质量、高疲劳寿命弹簧钢,超高强度螺栓和弹簧用钢等高使用应力悬架弹簧钢,以及高腐蚀疲劳强度弹簧等。


   
钢企该如何抓住航空航天产业发展机遇?


    专家认为,我国航空航天产业快速发展,对钢铁企业提出了新的要求。钢铁企业在落实“十三五”规划中,应以“高端引领、协同创新、智能制造、品牌拓展、服务增值”为转型升级的重点,通过产业共生,加强各产业集群之间的联动,围绕高端化关键产品和差异化特殊品质进行攻关,以网络化、智能化、数字化、信息化、绿色化的理念,以及机器人、感知系统、智能仪表等技术,发挥产学研用相结合的创新机制的作用,实现产业组织基础上合理布局,促进高端化、高品质钢材相对集中发展,实现产业价值链从低端向高端跃升,满足航空航天产业发展的要求。


    专家建议,钢企可从以下三方面开始着手:


    一是要以高效、低成本洁净钢生产系统技术为支撑,进行二次精炼(包括吹氩)工艺和装备的适用性研究,大力推进智能化真空精炼装备和技术优化,特别是高效RH(真空循环脱气装置)精炼技术的升级研究,大力推进连铸工序的高效恒速技术优化研究,全面提高产品性能和实物质量。同时,要加快标准升级,努力发展新一代数字化和智能化控轧控冷技术、先进热处理技术、变截面轧制技术、温度梯度轧制技术、高精度轧制技术、高性能交直交轧机主传动技术、多功能柔性超高强钢冷轧板连续退火生产技术、三辊轧机/高精度棒线材定减径机组技术、直接轧制技术、低温增塑轧制技术、无头与半无头轧制技术以及长材绿色制造技术。此外,还要进一步研发高效率、高界面强度、特殊用途的复合材料产品及其制造技术。


    二是关注面向全流程质量稳定控制的综合生产技术,包括钢水精炼的精准控制、连铸坯料质量控制技术、全流程板形及表面质量控制技术、精准热处理技术、基于智能建模及数据挖掘的产品质量优化及决策支持、微观组织性能在线闭环控制、生产异常检测及故障诊断等技术。


    三是以信息化、智能化的现代钢铁制造技术为支撑,以大型装备的智能化嵌入式软件开发与应用为突破口,以关键检测、检验技术装备及数据采集分析系统为基础,采用物联网和云技术的钢铁生产信息化技术、钢铁生产复杂流程智能化自动控制系统、大数据技术的钢铁行业大数据库平台系统,以保证研发、生产出的特殊钢材,能够满足我国航空航天产业的的快速发展要求。

 

 

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责任编辑:刘洋


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标签: 航空航天, 耐蚀材料, 高品质钢

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