一、目的
本标准是对高温合金和含镍合金添加用镍基中间合金进行了标准化,通过对镍中间合金的要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存及质量证明书与订货单(或合同)内容进行规定,为国内高温合金和含镍合金用镍中间合金的生产和采购提供指导,加强原材料标准体系化建设,促进行业健康、高质量、可持续发展,形成强大的国内市场。
二、意义与必要性
高温合金是以铁、钴、镍为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料,具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能和断裂韧性、良好的组织稳定性等综合性能,因而被广泛应用于航空、航天、舰船、核电、石油、化工等领域,是制造航空航天发动机、各种工业燃气轮机热端部件的关键材料。目前国际市场上每年消费高温合金材料近30余万吨,我国高温合金需求量达5万吨。
经过多年的发展,我国的高温合金行业取得了很大的进步,2009 年我国高温合金产量仅0.8 万吨,2019年我国高温合金产量已达到2.8万吨。但整体技术开发水平与国际先进水平还有较大差距,整体产能和实际有效产量较小,尤其在高端航空航天领域用高温合金的产能与实际需求存在较大缺口,主要还依赖进口,远远不能满足日益增长的市场需求。随着我国航空航天发动机和燃气轮机国产化加速,为了打破国外对我国高温合金产业的技术封锁和垄断,实现进口替代,对高端高温合金的需求越来越迫切,将会出现持续快速增长。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中提出了要推动高性能高温合金材料的研发应用、加快先进航空发动机关键材料等技术研发验证;《“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划2021》中指出持续实施新材料标准领航行动,不断完善高温合金等领域标准体系;《“十四五”原材料工业发展规划》中将围绕航空发动机重点应用领域、攻克高温合金等关键材料列为了“十四五”重点突破品种之一;《重点新材料首批次应用示范指导目录(2021 年版)》也包括了航空航天用高温合金材料,其中有DD407、GH4065A、GH4169D、GH4720Li、GH3230和GH4061牌号。
为了实现高温合金的性能,高温合金具有很高的合金化程度,在Ni、Co、Fe等基体中添加Cr、W、Mo、Re、Ta、Nb、Ru、Al等金属,可以起到固溶强化和沉淀强化的作用。但高温合金的熔点一般在1500℃左右,而添加金属Cr、W、Mo、Re、Ta、Nb、Ru等具有1900℃以上的高熔点,金属Al又具有660℃的低熔点,如果直接以单质形式向高温合金熔体中添加这些元素,高熔点金属不易熔化、高密度金属易沉积,均容易造成成分偏析和夹杂,低熔点金属加入过程中易挥发烧损,造成合金实际成分与预期偏差较大。因此,为改善高温合金的性能,提高合金的承温能力,需提高添加元素成分的均匀性,同时获得较为准确的合金成分,有效的解决方法是这些元素以中间合金的形式加入。镍基高温合金是应用最广、产量最大的一类高温合金,其市场占比达到了80%,而铁基和钴基高温合金中一般都会加入一定量的镍,因而将添加金属制备成镍中间合金适用性更广泛。据不完全统计,目前国内高温合金冶炼时采用镍中间合金取代高熔点纯金属添加的比例已达到20%以上,且随着高温合金行业的快速发展,镍中间合金的应用比例和需求量会越来越高,尤其是在高端高温合金领域将几乎全部取代纯金属添加。
因此,本标准的制定和实施,对镍中间合金进行规范和标准化,对加快传统原材料升级换代、促进高温合金产业链供应链上下游标准稳定有效衔接、推动行业技术进步具有重要的意义。