本報記者 孟祥林 通訊員 涂露寒 王建強
近日，攀鋼在高氮無磁鋼制備領域取得重大突破，成功制備出氮含量高達0.7%的高端無磁鋼，打通了從爐料配比、精煉提純到鍛造成型的全流程制備工藝，突破了高氮無磁鋼制備方面的技術瓶頸。 這項凝聚著攀鋼人智慧與汗水的創(chuàng)新成果，正為我國高端裝備制造業(yè)蓄勢發(fā)力。
高氮無磁鋼具備高強度、高韌性和高耐蝕性3大特色優(yōu)勢，廣泛應用于醫(yī)療、航空航天、海洋工程、電子工業(yè)和能源等領域。高氮無磁鋼的氮含量每提升0.1%，制備難度就呈幾何級數(shù)增長。國外同類產(chǎn)品氮含量普遍高于0.6%，而我國此前量產(chǎn)水平長期停留在0.5%左右。研究表明，每提高0.1%的氮含量，可以提高奧氏體不銹鋼強度60兆帕～100兆帕。此前，我國商業(yè)上常用的無磁鉆鋌用鋼的力學性能和耐蝕性明顯比同類進口產(chǎn)品差，很難適應越來越惡劣的鉆井條件，使得國內(nèi)高端高氮無磁鋼尤其是海上平臺石油鉆鋌用高氮無磁鋼長期依賴進口，價格貴且交貨周期長，嚴重制約了我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展。
為打破這一技術壁壘，盡快實現(xiàn)高氮無磁鋼國產(chǎn)化，攀鋼科技人員踏上了一條充滿荊棘與挑戰(zhàn)的研發(fā)之路。
時針撥回到攀鋼高氮無磁鋼研發(fā)現(xiàn)場，深夜的攀長特冶煉車間，33歲的項目負責人程禮梅博士正盯著中控顯示屏上跳動的數(shù)據(jù)，當屏幕上氮含量0.55%的數(shù)值再次定格時，這位身材瘦小戴著細框眼鏡的女博士輕輕嘆了口氣。這已經(jīng)是第5次實驗了，氮合金化控制技術如同“攔路虎”，實驗數(shù)據(jù)始終無法達到預期效果，讓整個團隊陷入困境。面對挫折，該項目團隊成員沒有放棄，他們反復查閱文獻，調(diào)整實驗方案。程禮梅更是時常穿梭在攀長特的冶煉車間和鍛造車間跟蹤記錄——
“劉工，請問今天的鋼冶煉過程中有什么問題嗎？”
“王姐，麻煩給我看看這次高氮鋼的冶煉成分檢測結果嘛？”
“張師傅，這次高氮無磁鋼的鍛造工藝需要對變形量和終鍛溫度進行把控。”
……
每天忙碌而充實。“科研就像爬山，過程很累，但當你登上山頂?shù)哪且豢蹋械男量喽贾档谩！背潭Y梅拿著手中記滿了數(shù)據(jù)的筆記本笑著說道。經(jīng)過反復驗證與探索，該項目團隊優(yōu)化熱力學計算模型，在實驗室多次模擬不同溫度、壓力條件下氮原子的擴散行為，終于掌握了氮原子的變化規(guī)律，在產(chǎn)線應用后成功攻克了氮合金化控制技術難題。
鋼材中增加化學元素鉬和氮會嚴重影響產(chǎn)品鍛造加工性能，但可提高產(chǎn)品的耐蝕性和強度，因此，這些元素的含量必須控制在合理的區(qū)間內(nèi)。在研發(fā)過程中，如何優(yōu)化鍛造工藝參數(shù)，又成為另一個“攔路虎”，擋在了程禮梅和她團隊成員的面前。
如果按傳統(tǒng)的鍛造變形工藝進行鍛軋生產(chǎn)，產(chǎn)品表面質(zhì)量無法保證，可能會出現(xiàn)大批量產(chǎn)品鍛造開裂或表面裂紋的風險。該項目團隊成員沒有被眼前的困難所嚇倒，他們像解決氮合金化控制技術一樣，冷靜下來，逐項分析可能存在的影響因素，并開展系統(tǒng)性的研究工作。團隊中一部分科研人員在實驗室不斷優(yōu)化實驗參數(shù)，部分人員在生產(chǎn)現(xiàn)場跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)，記錄現(xiàn)場設備運行數(shù)據(jù)，雙方定期開展交流討論，不斷調(diào)整參數(shù)，影響因素也在逐漸減少。通過一系列脫氧制度優(yōu)化、渣成分設計等相關創(chuàng)新舉措后，不僅生產(chǎn)的產(chǎn)品避免了有害析出相，材料的熱塑性也得到明顯提高，有效防止了鍛造開裂問題的發(fā)生，同時，材料的耐腐蝕性能和綜合力學性能也得到提升。
成效雖顯著，但過程是艱辛的。每到高氮無磁鋼鍛造生產(chǎn)前，該項目團隊都會對鍛造前的工藝進行模擬——
“英虎，你按照長鋼鍛造工藝參數(shù)開展的熱變形仿真結果給大家再演示一下。”
“王姐，你再把我們前期的實驗報告打開，大家再一起看看。”
“鍛造過程中，我們要借助高溫槍對電渣錠出加熱爐的溫度、鍛造開坯溫度、終鍛溫度進行全程監(jiān)測。”
……
每到高氮無磁鋼鍛造生產(chǎn)前，程禮梅總是帶領團隊成員一遍又一遍地討論生產(chǎn)工藝，把控每一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)。團隊成員就像準備出征的戰(zhàn)士，斗志昂揚，又滿懷期望。在生產(chǎn)過程中，團隊成員冒著酷暑，不分晝夜地堅守在生產(chǎn)現(xiàn)場，全程監(jiān)測鋼錠在變形過程中的溫度變化，緊張地跟隨現(xiàn)場工人一起檢查鋼坯表面質(zhì)量情況。經(jīng)過近半年的不懈努力，攀鋼的科技人員成功制備出氮含量最高達0.7%的高氮無磁鋼，打通了該系列材料的全流程制備工藝，實現(xiàn)了該高氮無磁鋼真正的國產(chǎn)化。
在開發(fā)高氮無磁鋼的艱辛征程中，團隊中的青年科技人員也逐漸成長起來。目前團隊中高級工程師及以上人員共6人，占比達到100%。在該項目研發(fā)期間，他們共發(fā)表學術論文7篇，申請發(fā)明專利9項。
此次技術的突破，不僅標志著攀鋼在高氮不銹鋼領域的制備水平邁上了一個新的臺階，還為我國高端裝備制造業(yè)提供了強有力的材料支撐，為推動相關產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和升級發(fā)展注入了新的動力，為我國高端裝備制造業(yè)的騰飛提供更加堅實的支撐。
《中國冶金報》（2025年07月23日 03版三版）
