本報通訊員 王楊 靳紅偉
在航空航天、核電、石油化工等領域，極端工況對材料性能提出近乎苛刻的要求。鎳基高溫合金IN718作為該領域的“性能王牌”，其制備技術的突破對實現高端裝備自主可控至關重要。
河鋼集團張宣科技聚焦國家戰略需求，攜手北京科技大學組建聯合攻關團隊，以產學研一體化優勢破解行業難題，成功突破雙真空IN718鍛材制備關鍵技術難題。經檢測，該材料雜質總含量小于0.0020wt%（質量百分比）、650攝氏度高溫環境下的抗拉強度達1194兆帕、晶粒度達10級~10.5級、高溫持久性達40小時（國標25小時），四大核心指標同步躋身行業頂尖行列，為高端裝備極端工況應用注入硬核底氣。
精準把控全流程
破解純凈冶煉難題
“‘雙真空’工藝的核心目標是‘純’與‘勻’，任何成分的偏差都可能導致產品性能‘失準’。”張宣科技特材攻關團隊負責人王超介紹，鎳基高溫合金IN718作為全球高溫合金市場占比35%的核心材料，需在零下253攝氏度~650攝氏度的寬溫域內保持穩定的機械性能，此前國內“雙真空”（真空感應爐VIM+真空自耗爐VAR）制備工藝一直面臨雜質超標、成分波動等瓶頸，長期依賴進口。
為掌握原創技術，該團隊從原料源頭入手，建立超高純原料篩選標準，對每批次原料進行多維度成分檢測。在真空感應爐冶煉階段，該團隊通過實驗室小爐熔煉試驗和大錠型試制，細致分析VIM（真空感應熔煉）熔化、精煉、合金化等5個不同時期原料的加入順序對合金氧、氮、硫等雜質元素的去除效果和鋁、鈦等關鍵元素窄成分控制的影響，先后10余次優化原料配比方案。同時，該團隊精準控制熔化功率與升溫速率，精控精煉時間以促進雜質元素揮發。
此外，他們建立直徑380毫米級真空澆鑄充型凝固多場耦合模型，分析不同澆鑄速度、流槽結構與流槽內熔體運動狀態對夾雜物去除效果的影響。針對真空自耗爐冶煉關鍵參數的有效優化，經過數10次試驗，他們摸索出包含熔化速率、冷卻強度、電流強度等差異化參數組合下熔池深度、熔池形貌和枝晶間距的演變規律，實現鑄錠缺陷的精準預防。
“我們通過實施‘全流程合金化控制’技術，對關鍵合金元素的加入時機、加入量進行精細化調控，成功解決了傳統工藝中易出現的夾雜物缺陷和‘臟白斑’問題，將氧、氮、硫等有害雜質總含量控制在0.0020wt%以下，達到國際超純凈材料標準。”王超表示。
優化鍛造熱處理工藝
智造極致性能標桿
走進特材產線鍛壓作業區生產現場，巨大的快鍛機錘頭平穩起落，通紅的IN718合金材料在精準控制下逐步塑形。“高溫合金的鍛造過程就像是‘千錘百煉’，既要保證強度，又要兼顧韌性，還要控制晶粒度，每一步都得精準拿捏。”該產線技術部主管工程師蘇愛民指著正在作業的設備介紹道。
為確保IN718雙真空鑄錠工藝穩定落地，該團隊跳出傳統思維，構建“均質化預處理+梯度溫鍛”的創新技術路徑，通過分階段控溫處理、精準控制各道次壓下量和鍛造溫度，有效解決了低熔點相殘留、初熔等隱患，從源頭提升鑄錠成分均勻性，精準消除鑄錠內部組織缺陷，為細晶制備奠定了基礎。
在熱處理環節，該團隊研發出“固溶強化+分級時效”工藝，通過優化保溫時間和冷卻速率，使材料形成均勻細小的強化相，大幅提升高溫力學性能。
長期以來，國內高端IN718鍛材的雙真空制備技術受限于工藝瓶頸，關鍵領域所需材料多依賴進口，不僅成本高昂，還面臨供應鏈安全風險。王超表示：“優化鍛造工藝后，材料的晶粒度穩定達到10級~10.5級，650攝氏度下的抗拉強度高達1194兆帕，遠超行業常規水平。”該材料下線試驗后，穩定服役時長達到40小時，展現出卓越的抗蠕變性能，形成的“超純凈冶煉、細晶制備、缺陷控制”全流程制備體系具有可復制、可推廣價值。
《中國冶金報》（2026年01月07日 03版三版）
