新天工開物 | 不怕熱的鋼來了，625℃高溫下紋絲不動

在湖北大冶特鋼的生產車間，溫度計指針指向625℃，“耐熱鋼”紋絲不動。“耐熱鋼”是火電站的“心臟”——超超臨界機組用鋼材的戰場。在這個溫度下，普通鋼材會像軟泥般塌陷，而進口材料的價格又高不可攀。

葛銳教授向記者展示新鮮出爐的“耐熱鋼”。記者楊佳峰 攝

“我們要造出能承受‘三昧真火’的鎧甲。”武漢科技大學葛銳教授團隊與大冶特殊鋼有限公司深化產學研合作，在這個火爐口鏖戰多年。凌晨，他們盯著透射顯微鏡下金屬晶粒的排列，一次次排兵布陣般調整合金元素，優化熱處理工藝，最終破解了“耐熱鋼”持久強度低的行業魔咒，讓國產鋼材在極端高溫高壓下依然挺立，實現10萬小時穩定強度，技術水平國際領先。

如今，不僅國內十多臺套超超臨界火電機組有了“中國芯”，這批“不怕熱的鋼”還跨洋出海，在美國、韓國、印度的電廠里，書寫著中國制造的傳奇。

葛銳教授操作高溫蠕動持久試驗機對“耐熱鋼”進行測試。記者楊佳峰 攝

“耐熱鋼”可在625℃下保持10萬小時穩定強度

【研發者說】

講述人：武漢科技大學材料與冶金學院教授 葛銳

高溫環境對普通鋼材的考驗往往始于300—400℃，此時鋼材會像面條般失去剛性。這一現象源于鋼材內部微觀結構的劇烈變化：在顯微鏡下可以看到，原本整齊排列的晶體開始錯位，組織發生退化，內部析出物的形成導致晶粒粗化，最終使材料變得如同松散的棉絮。

在極端高溫高壓環境下保持鋼材的穩定性能，是一項極具挑戰性的課題。傳統方法通過在普通鋼中添加鎳、鈷、鎢等貴金屬來提升耐溫性能，但這種方法的成本過于高昂——每噸鋼材價格攀升至七八萬元，難以滿足民用需求。

我們選擇了另外一條孵化“耐熱鋼”的路：通過成分設計（控制有害元素）、工藝調控（熱處理優化馬氏體組織）、組織均勻性控制（減少脆性高溫鐵素體）等，從生產環節孵化“耐熱鋼”。

孵化“耐熱鋼”的小型煉鋼爐和盛裝鋼水的坩堝。記者楊佳峰 攝

鋼鐵是大規模工業生產，難免引入雜質，很難精準控制。我們采用設計與工藝來保障去除雜質元素，確保了材料的純凈度。這是成分控制的核心。

熱處理技術的關鍵是匹配不同元素需求：有些元素需固溶強化，有些則要控制形態避免負面影響，通過工藝讓添加的元素發揮最大作用。

孵化“耐熱鋼”的小型煉鋼爐和盛裝鋼水的坩堝。記者楊佳峰 攝

“耐熱鋼”的研發是一項復雜的系統工程，其核心在于獨特的組織控制技術。尤其是高溫鐵素體這一關鍵指標的控制。這種脆性相的存在，猶如混凝土中的石子，雖然能提高強度，卻容易埋下了斷裂隱患。

如何減少高溫鐵素體這類有害組織？我們在實驗室的小型煉鋼爐旁，從1公斤級、50公斤級做起，摸索出1200℃以下壓低高溫鐵素體的關鍵技術。

葛銳教授操作小型煉鋼爐。記者楊佳峰 攝

隨著材料研發的逐步推進和市場需求，“耐熱鋼”不斷迭代。2021年，市場需求的“耐熱鋼”是580℃級，現在我們的“耐熱鋼”逐步向640℃、660℃、700℃級邁進。

目前，625℃“耐熱鋼”已實現萬噸級銷售，650℃級已成功制造，700℃級已進入實驗階段。開發出的兩款“耐熱鋼”——改良P92鋼（持久強度96兆帕）和高持久強度鋼（持久強度110兆帕），可在625℃下保持10萬小時穩定強度，價格只有同類進口鋼材的一半。

“耐熱鋼”節約了發電成本

【大眾點評】

講述人：大冶特殊鋼有限公司研究分院主任研究員 朱志寶

在熱電廠的主蒸汽管道系統中，我們采用了“耐熱鋼”材料。蒸汽在里面傳輸，溫度能達到600℃，比一般的小火焰溫度還高。燃燒產生的熱量將水加熱轉化為蒸汽。這些高溫蒸汽推動汽輪機運轉，完成一次做功后，溫度降至300多攝氏度。隨后，蒸汽經過二次加熱，再次驅動汽輪機，形成一個高效的能量利用循環。承載這些蒸汽的管道便是“耐熱鋼”做成，使用至今安全平穩。“耐熱鋼”長期處于高溫高壓環境，要求使用壽命達到10萬小時，折算下來差不多是十多年。也就是說，“耐熱鋼”一次安裝，無需頻繁更換，便可長期使用，大大節約了發電成本。

（長江日報記者楊佳峰 通訊員程毓）

【羅田甜】