是否每个人在儿时都会仰望星空,想象浩瀚的星河到底存在着什么?亦或是羡慕那翱翔于天际的鸟儿,幻想自己有一天能够自由自在地飞上蓝天。中国人从古至今都是浪漫而富有想象力的,从牛郎织女到嫦娥奔月,从扶摇直上九万里到渺观宇宙我心宽,每一个都与天空息息相关。
而对于我们中国钢研人来说,天空代表的不仅仅是浪漫。今天的中国群狼环伺,唯有靠自主科技创新飞上蓝天、遨游太空,真正实现儿时那看似遥不可及的梦想,才能在屹立于世界民族之林。
梦想终究是要靠一步一个脚印实现的,我们的主角——低膨胀高温合金紧固件,在中国人实现空天梦的过程中是不可或缺的。二十年来,中国钢研人不断地以紧固之线,铸空天之衣。
紧固件,以平时常见的螺栓为代表,它个头很小,十分不起眼,但是对于航空航天来说,它就像衣服中的线,一根一根紧固之线,编织成了航空、航天的钢铁之衣。与其他紧固件不同的是,航空航天用紧固件材料需要低的热膨胀系数,这是因为当连接部件发热而温度上升时,其紧固力会降低,所以,材料的选择问题是关键:航空航天紧固件多采用高温合金。因航空航天的需求,上世纪60年代Smith最先发明的MP35N合金应运而生,因其高的加工硬化速率、第二相强化等特征,具有高的强度、良好的低温韧性和抗腐蚀性,被广泛用于航空航天中。但是,它的高温使用性能只能保持到370℃。为改进合金的热稳定性,1973年开发出MP159合金,与其他常用高温合金不同的是,这款合金除了常规的固溶和时效强化外,引入了应变强化,进一步改进了MP合金的高温性能,使用温度可达到590℃,基本满足航空航天用紧固件的要求,并沿用至今。21世纪初,通过合金元素优化,美国研制出一种高温高强度紧固件合金——Aerex350,能在650℃以上的温度下提供1515MPa的强度,并且在一个很宽的温度范围内具有优良的综合机械性能。
对于我们中国来说,科技兴则民族兴,科技强则国家强。党的十八大以来,习近平总书记把科技创新摆在国家发展全局的核心位置。诚然,21世纪我国科技发展突飞猛进,自主创新能力大幅提升,但作为中国钢研人,我们必须清醒认识到,有些与我们息息相关的关键领域仍存在被国外“卡脖子”的情况。
国内航空、航天用紧固件的发展,由于重重技术难题导致成本极高、成材率极低,之前的90%、部分材料甚至100%都依赖于进口。然而,正如习总书记比喻的那样,命门掌握在别人手里,好比在别人家墙基上砌房子,再大、再漂亮也经不起风雨,甚至不堪一击。
针对航空、航天用紧固件,目前国内还只有钢研高纳等单位开展了一些研究试制工作,离完全工业化生产的目标还有一定的差距。低膨胀紧固件用高温合金钢研人从上世纪90年代开始研制,二十余年来面对了诸多困难:首先是冶炼工艺不稳定导致成分偏差大,其次是热加工温度窗口窄导致温度高时轧制开裂,而温度低时棒材又无法通过轧机,最重要的就是大多数冷拉棒材变形量极大,甚至接近50%,同时变形量公差小,仅为1%,几毫米的棒材,其变形量需要控制在微米级。
面对国内紧固件发展的种种困难,我们中国钢研人敢为人先。近几年来国际形势动荡,国外彻底封锁了MP159、Aerex350合金的进口渠道。在国内航空航天用紧固件的研制生产面临困境之际,高纳青年立即结合前辈们的经验开展两种合金的大量试制工作。然而,万事开头难,研制生产的各个环节不断出现问题,但几年间一次次的失败没有打败坚韧的中国钢研人、钢研人。
面对诸多困难,中国钢研人发扬特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的航天精神,几年来不断埋头前行。
冶炼时成分偏差大,我们不怕。面对小数点后四位的成分波动,严格选料,不畏长时冶炼,我们以凳为床、以厂为家,日夜坚守,死盯操作台,严控成分。热轧时温度窗口窄,我们不怕。面对1100℃以上的加热温度,10℃的终轧温度窗口,不畏高温,跑动送料、四组配合,迅速操作,与时间赛跑,严守终轧温度。冷拉时尺寸精度高,我们不怕。面对±1%的尺寸偏差,不畏漫天粉尘,选用纳米级的雾化润滑涂层,充分考虑头尾偏差、回弹、膜厚、磨光精度等所有细节,最终达到微米级别的尺寸控制。通过系列工作,中国钢研人解决并优化了成分控制范围、微合金化技术、双联冶炼、均匀化扩散退火、热轧、润滑及冷拉拔工艺。
我相信,就在不久的将来,航空飞机和航天飞行器的各个部件上也能见到国产化紧固件的身影。
今年时值党的二十大召开,也是中国钢研成立70周年,作为中国钢研人的我们,就是要秉承求真务实的工作精神,力争掰断卡脖子的一根一根手指,为中国钢研发展做出更大贡献,用优异成绩向祖国献礼。
紧固件虽小,但数以万计,类以群分,连结构,接系统,小物大为。中国钢研人在国内科技发展的浪潮中同样渺小,但是我们愿用手中的紧固之线,铸就钢铁空天之衣;以雄伟的空天之衣,卫我辽阔中华大地。
作者:王天一,北京钢研高纳科技股份有限公司,现任精细高温合金制品事业部研发工程师