“飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料如果不采用鈦及其他合金元素材料制造的話，飛兩個(gè)小時(shí)就必須返回地面；而采用鈦及其他合金元素新材料生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以飛20多個(gè)小時(shí)。”4月中旬，在西北有色金屬研究院產(chǎn)品陳列室，一名多年從事航空新材料研究的科技人員通過一個(gè)個(gè)事例，向中國冶金報(bào)、中國鋼鐵新聞網(wǎng)記者介紹著材料在人類歷史發(fā)展過程中，特別是在航空、航天領(lǐng)域的重要作用。

    航空航天技術(shù)發(fā)展迫切需要高檔次材料

    “一代材料，一代飛機(jī)”，材料是航空、航天技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級換代和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)。沒有高端技術(shù)制造的新材料，我國航空航天工業(yè)發(fā)展就難以達(dá)到尖端，難以快速趕超世界先進(jìn)水平，就會永遠(yuǎn)受制于人。

    陜西省是我國航空、航天工業(yè)重要研發(fā)、制造基地之一，近年來，在各類飛機(jī)、航天器研發(fā)過程中取得過重大突破，因此，對航空、航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展新材料的應(yīng)用方面有著深刻的體會。專家表示，目前，我國與世界先進(jìn)國家相比，第三代航空用熱強(qiáng)鈦合金、高強(qiáng)鋁合金、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、單晶粉末高溫合金等，相差15年~20年。專家還認(rèn)為，我國在航空航天領(lǐng)域材料方面存在材料牌號多、亂且重復(fù)；低水平材料多，高水平材料少；仿制國外材料多，自主創(chuàng)新研制材料少；用途單一材料多，一材多用材料少；研制材料成果多，工程化應(yīng)用少等問題。這些問題都嚴(yán)重制約我國航空航天產(chǎn)業(yè)的快速高水平發(fā)展。

    據(jù)介紹，目前，我國已有航空材料牌號2000多個(gè)，居世界之首。高溫合金材料近100個(gè)，幾乎占全世界航空用高溫合金牌號總和，但這些材料牌號存在嚴(yán)重的重復(fù)仿制。材料的大量重復(fù)，耗費(fèi)了大量的人力、資金，影響了航空材料的自主創(chuàng)新發(fā)展，以及改進(jìn)、改型和應(yīng)用研究。例如，主要用于制造齒輪的滲透鋼，重復(fù)仿制7個(gè)牌號；主要用于制造軸承類零件的結(jié)構(gòu)鋼，重復(fù)仿制5個(gè)牌號；主要用于壓氣機(jī)葉片、盤的馬氏體不銹鋼，重復(fù)仿制6個(gè)。

    還有專家認(rèn)為，當(dāng)前，一些國內(nèi)的鋼材材料實(shí)物質(zhì)量低于國際水平，主要表現(xiàn)在：不同爐次的材料，成分與性能雖然符合材料標(biāo)準(zhǔn)，但材料的一致性、均勻性和穩(wěn)定性差；有的材料研發(fā)起點(diǎn)低，基礎(chǔ)薄弱，經(jīng)歷曲折，材料選用、研制及采購沒有規(guī)范的程序，沒有建立體系；有的材料性能和數(shù)據(jù)存在少、缺、散狀況，不利于正確使用，給航空產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析體系、壽命預(yù)測及可靠性評估造成極大困難……這些問題，也一直制約著我國航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

    高性能、高品質(zhì)鋼材不可或缺

    航空航天工業(yè)材料屬于“十三五”規(guī)劃中戰(zhàn)略性新材料產(chǎn)業(yè)的組成部分，市場空間很大。目前，我國航空航天制造業(yè)的發(fā)展路徑已逐漸清晰，國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)已步入全面代際更替階段，與其配套的國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)全面量產(chǎn)，從而替代進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)……這些變革將使我國航空制造業(yè)步入擴(kuò)張領(lǐng)域，航天航空用金屬新材料迎來發(fā)展的黃金時(shí)代。

    有關(guān)資料顯示，到2030年，中國民航、軍用飛機(jī)需求分別約2800架、2200架，機(jī)隊(duì)規(guī)模約5500架、6000架，其中大型客機(jī)將達(dá)2000架。屆時(shí)，中國將成為僅次于美國的全球第二大航空市場，未來航材實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代將成為大勢所趨。而航空材料國產(chǎn)化替代進(jìn)口，有望帶動(dòng)龐大材料產(chǎn)業(yè)鏈條技術(shù)突破和下游應(yīng)用推廣。

    專家認(rèn)為，盡管碳纖維、石墨烯、鈦合金、稀土等新材料在航空、航天領(lǐng)域被大量采用，但高性能、高品質(zhì)鋼材仍是航空、航天制造不可或缺的重要材料，如高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等高疲勞性能、高耐磨馬氏體時(shí)效鋼，高精度、高表面質(zhì)量、高疲勞壽命彈簧鋼，超高強(qiáng)度螺栓和彈簧用鋼，高使用應(yīng)力懸架彈簧鋼，高腐蝕疲勞強(qiáng)度彈簧用鋼，高使用應(yīng)力發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧用鋼，高溫滲碳型齒輪、軸類件用鋼，飛機(jī)關(guān)鍵承力構(gòu)件需要的超高強(qiáng)度鋼，等等。這些都需要鋼鐵企業(yè)的有關(guān)產(chǎn)品盡快上檔升級，達(dá)到國際先進(jìn)水平，以滿足國內(nèi)航空航天市場需要。

    據(jù)介紹，目前，低合金超高強(qiáng)度鋼300M是典型的飛機(jī)起落架用鋼；低合金超高強(qiáng)度鋼D6AC是典型的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體材料；超高強(qiáng)度AF1410鋼因其高強(qiáng)度、高斷裂韌性，以及優(yōu)良的焊接和切削、成型性能而備受青睞；超高強(qiáng)度鋼30CrMnSiNi2A以其綜合性能優(yōu)良、經(jīng)熱處理后獲得的高強(qiáng)度、良好的塑性和韌性、良好的抗疲勞性能和斷裂韌性、低的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，因而在航空工業(yè)中占有重要地位。

    專家建議，鋼鐵新興材料的發(fā)展、產(chǎn)品的升級上檔、新產(chǎn)品的研發(fā)等都為鋼鐵企業(yè)提供了新機(jī)遇，因此，開展鋼鐵新材料研發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)的力度應(yīng)該加大。在發(fā)展鋼鐵新材料方面，鋼鐵企業(yè)應(yīng)通過創(chuàng)新，盡快改變鋼鐵生產(chǎn)工藝，改善組織結(jié)構(gòu)，以提高鋼的純凈度，從而研發(fā)生產(chǎn)出具有特種優(yōu)異性能的鋼材品種。

    關(guān)于航空航天用特殊鋼材研發(fā)的重點(diǎn)，專家認(rèn)為，目前集中在以下方面：軸承鋼疲勞壽命的可靠性，如何在特殊環(huán)境下達(dá)到長壽命和耐熱、耐蝕性能等要求；研發(fā)出能滿足航空、宇航特殊使用要求的高純凈度鋼材、超低氧含量等準(zhǔn)高溫軸承鋼及高速無噪音軸承鋼，馬氏體不銹鋼、軸承鋼，高清潔度、高溫軸承鋼，高耐磨馬氏體時(shí)效鋼等高精度、高表面質(zhì)量、高疲勞壽命彈簧鋼，超高強(qiáng)度螺栓和彈簧用鋼等高使用應(yīng)力懸架彈簧鋼，以及高腐蝕疲勞強(qiáng)度彈簧等。

    鋼企該如何抓住航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇？

    專家認(rèn)為，我國航空航天產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對鋼鐵企業(yè)提出了新的要求。鋼鐵企業(yè)在落實(shí)“十三五”規(guī)劃中，應(yīng)以“高端引領(lǐng)、協(xié)同創(chuàng)新、智能制造、品牌拓展、服務(wù)增值”為轉(zhuǎn)型升級的重點(diǎn)，通過產(chǎn)業(yè)共生，加強(qiáng)各產(chǎn)業(yè)集群之間的聯(lián)動(dòng)，圍繞高端化關(guān)鍵產(chǎn)品和差異化特殊品質(zhì)進(jìn)行攻關(guān)，以網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化、信息化、綠色化的理念，以及機(jī)器人、感知系統(tǒng)、智能儀表等技術(shù)，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的創(chuàng)新機(jī)制的作用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)組織基礎(chǔ)上合理布局，促進(jìn)高端化、高品質(zhì)鋼材相對集中發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈從低端向高端躍升，滿足航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。

    專家建議，鋼企可從以下三方面開始著手：

    一是要以高效、低成本潔凈鋼生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)為支撐，進(jìn)行二次精煉（包括吹氬）工藝和裝備的適用性研究，大力推進(jìn)智能化真空精煉裝備和技術(shù)優(yōu)化，特別是高效RH（真空循環(huán)脫氣裝置）精煉技術(shù)的升級研究，大力推進(jìn)連鑄工序的高效恒速技術(shù)優(yōu)化研究，全面提高產(chǎn)品性能和實(shí)物質(zhì)量。同時(shí)，要加快標(biāo)準(zhǔn)升級，努力發(fā)展新一代數(shù)字化和智能化控軋控冷技術(shù)、先進(jìn)熱處理技術(shù)、變截面軋制技術(shù)、溫度梯度軋制技術(shù)、高精度軋制技術(shù)、高性能交直交軋機(jī)主傳動(dòng)技術(shù)、多功能柔性超高強(qiáng)鋼冷軋板連續(xù)退火生產(chǎn)技術(shù)、三輥軋機(jī)/高精度棒線材定減徑機(jī)組技術(shù)、直接軋制技術(shù)、低溫增塑軋制技術(shù)、無頭與半無頭軋制技術(shù)以及長材綠色制造技術(shù)。此外，還要進(jìn)一步研發(fā)高效率、高界面強(qiáng)度、特殊用途的復(fù)合材料產(chǎn)品及其制造技術(shù)。

    二是關(guān)注面向全流程質(zhì)量穩(wěn)定控制的綜合生產(chǎn)技術(shù)，包括鋼水精煉的精準(zhǔn)控制、連鑄坯料質(zhì)量控制技術(shù)、全流程板形及表面質(zhì)量控制技術(shù)、精準(zhǔn)熱處理技術(shù)、基于智能建模及數(shù)據(jù)挖掘的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化及決策支持、微觀組織性能在線閉環(huán)控制、生產(chǎn)異常檢測及故障診斷等技術(shù)。

    三是以信息化、智能化的現(xiàn)代鋼鐵制造技術(shù)為支撐，以大型裝備的智能化嵌入式軟件開發(fā)與應(yīng)用為突破口，以關(guān)鍵檢測、檢驗(yàn)技術(shù)裝備及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用物聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)的鋼鐵生產(chǎn)信息化技術(shù)、鋼鐵生產(chǎn)復(fù)雜流程智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的鋼鐵行業(yè)大數(shù)據(jù)庫平臺系統(tǒng)，以保證研發(fā)、生產(chǎn)出的特殊鋼材，能夠滿足我國航空航天產(chǎn)業(yè)的的快速發(fā)展要求。

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