我国特种冶金产品、技术和装备的最新进展与展望

引用本文

姜周华, 董艳伍, 刘福斌, 耿鑫. 我国特种冶金产品、技术和装备的最新进展与展望[J]. 特殊钢, DOI: 10.20057/j.1003-8620.2024-00143.

Jiang　Zhouhua, Dong　Yanwu, Liu　Fubin, Geng　Xin. The Latest Progress and Prospect of Special Metallurgical Products， Technology and Equipment in China[J]. Special Steel, DOI: 10.20057/j.1003-8620.2024-00143.

       航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲，对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求，需求量激增。因此，最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先，分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次，分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势，重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极，也可以为真空感应炉提供纯净原材料，用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时，也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次，分析和总结了我国特种冶金产业发展现状，以及新技术和新装备的进展情况。最后，对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。

       未来十年乃至更长时间内我国特种冶金产业仍然处于黄金发展时期。但时至今日，我国的一些高端特殊钢和合金材料仍然需要进口，国产材料在产品质量、性能稳定性和服役寿命等方面与西方国家的知名企业（如美国SMC、ATI、Carpenter、VDM 公司等）的产品仍然存在较大的差距，因此，我国在未来仍需开展大量的研发工作。重点应该在以下几个方面加大研发力度：

      （1）加强基础理论、超纯净熔炼和凝固技术研究

开展真空特种冶金的基础理论研究，突破高端材料制备的瓶颈，深入开展以超纯熔炼技术为核心的工艺技术研究，包括开发原材料净化处理技术，高稳定性的坩埚耐火材料以降低熔体的氧含量和硫含量等超纯熔炼技术。揭示在真空下元素的挥发和去除、坩埚材料与金属熔体之间的物理化学反应、脱氧和非金属夹杂物的形成和去除机理等超纯熔炼理论。

开展特种熔炼过程电磁场、流场、温度场和凝固组织的数学模拟，掌握钢液凝固过程中溶质迁移行为和凝固组织控制方法，尤其是高合金钢和镍基合金大型铸锭偏析元素和析出相的控制机制，重点突破大尺寸铸锭凝固缺陷的形成机理和凝固组织的控制方法。

      （2）大型真空特种冶金装备实现国产化

引进消化和自主创新相结合，开发出具有国际先进水平的真空特种冶金装备并推广应用。技术发展难点是开发大型真空感应炉、真空自耗炉装备以及智能化的检测与控制系统，尤其是基于熔滴短路频率检测的真空自耗炉电极熔速控制方法。研发出工业规模的冷坩埚熔炼炉、真空凝壳炉、真空悬浮熔炼炉、电子束冷床炉和等离子冷床炉等特殊熔炼装备，提升相关技术的自动化水平，是未来10年我国的发展重点。进一步研发以导电结晶器、旋转电极和磁控等特征的新一代电渣重熔装备。

      （3）加强真空特种冶金工艺技术的研发和工艺规范制定

重点开发高温合金、精密合金、耐蚀合金、超高强度钢、特种不锈钢、高端工模具钢等典型特种冶金产品的工艺技术和规范，并将其转化为工艺模型，实现工艺控制的数字化和智能化，使这些产品的质量和稳定性与国际水平接轨，实现品牌战略。

深入开展高合金返回料，尤其是高温合金返回料循环利用工艺技术和装备的研究，初步建立我国返回料的循环利用的技术和管理体系，建立相关制度和标准。

掌握大型真空自耗锭的凝固特点和产生白斑、黑斑等缺陷机理，电弧燃烧、熔滴滴落、元素挥发、气体和夹杂物行为，开发出压力控制、氦气冷却、浅熔池控制技术等创新工艺，全面提升我国大型自耗铸锭工艺和产品的技术水平。

突破冷坩埚熔炼装备和工艺技术，拓宽冷坩埚感应熔炼技术的应用领域，进行氧化物材料、高熔点材料、单晶硅、放射性铀燃料棒、形状记忆合金、各种磁性材料、高纯溅射靶材和各种金属间化合物及其复合材料等熔炼技术的开发。

      （4）关键材料特种冶金和加工技术的突破或质量提升

这些关键材料包括航空航天、燃机用高温合金（变形、铸造、粉末）、航空轴承钢和齿轮钢、大飞机用起落架用钢、高铁、盾构机、精密机床等高端轴承钢、电动汽车制造用一体化压铸模材料、第四代核聚变用特殊钢、电子信息用精密合金和超纯不锈钢、舰船用超高强度钢、海洋工程和石油化工用不锈钢、耐蚀合金、生物医学金属材料等。

建立“大学-科研单位-装备设计单位-装备制造企业-特种冶金生产企业-用户”全产业链的特种冶金技术创新联盟，建立特种冶金中试基地，实现技术研发的机制创新。

作者简介

        姜周华，教授，博士生导师。东北大学绿色智能特殊钢冶金研究中心主任，第八届国务院学科评议组成员、特殊钢先进冶金工艺与装备教育部工程研究中心主任、东北大学（沈抚）工业技术研究院院长。长期从事特殊钢冶金技术研究，获国家科技进步一等奖1项、二等奖2项、省部级科技奖16项，牵头制定国际标准2项、国家标准3项，是中国首位获“IEC1906”国际标准奖的专家。获发明专利200余件，发表论文500余篇，出版著作7部。获国务院政府特殊津贴、全国先进工作者、全国创新争先奖、杰出工程师奖，带领团队入选第二批全国高校黄大年式教师团队。

（转自：特殊钢公众号）