I. บทนำ: ความท้าทายทางเทคโนโลยีและโอกาสทางตลาดของโลหะผสมทนความร้อนสูง

Haynes230 ในฐานะตัวแทนของโลหะผสมนิกเกิลที่ทนความร้อนสูง ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่นในการต้านทานการออกซิเดชัน ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง และความเสถียรทางความร้อน จึงถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายๆ ด้าน เช่น เครื่องยนต์อากาศยาน อุปกรณ์พลังงานนิวเคลียร์ และปิโตรเคมี เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบทางเคมีที่ซับซ้อน (เช่น ปริมาณคาร์บอน 0.05-0.15% ปริมาณทังสเตน 13-15%) และกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่เข้มงวด (เช่น การอบชุบด้วยความร้อนแบบ solid solution ที่ 1175-1225℃) ได้กำหนดความต้องการที่สูงมากต่อความสามารถทางเทคนิคของบริษัทผู้ผลิต Qinchuan New Materials (Zhengzhou) Co., Ltd. ด้วยความสามารถในการผลิตแบบครบวงจรและประสบการณ์ในการปรับปรุงกระบวนการ จึงกลายเป็นผู้ปฏิบัติงานทางเทคนิคในด้านนี้

2. การวางแผนด้านเทคโนโลยี: การควบคุมกระบวนการทั้งหมดตั้งแต่การหลอมไปจนถึงการแปรรูป

1. การรวมกระบวนการหลอมเชื่อมด้วยเหนี่ยวนำในสุญญากาศ (VIM) + การหลอมซ้ำด้วยเศษไฟฟ้า (ESR)
Qingchuan New Materials ใช้เทคโนโลยีการหลอมคู่ โดยใช้ VIM เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่มีความหนาแน่นต่ำ และตามด้วย ESR เพื่อทำการกลั่นเพิ่มเติม เพื่อให้แน่ใจว่าปริมาณแก๊สในโลหะผสม (เช่น O, N) ต่ำกว่า 0.001% และดัชนีการแยกตัวของไนโอเบียม ≤ 1.2 กระบวนการนี้สามารถลดการเกิด Laves phase ได้อย่างชัดเจน และเพิ่มความยืดตัวที่อุณหภูมิห้องของวัสดุหลังจากบ่มอายุที่ 760℃ เป็นเวลา 3000 ชั่วโมง ให้สูงกว่า 15% (มาตรฐาน ASTM กำหนดให้ ≥ 12%)

2. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการอบชุบแข็งแบบละลายตัวและการทำความเย็น
สำหรับคุณสมบัติการเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัวของคาร์ไบด์ของ Haynes230 บริษัท擎川ได้พัฒนากระบวนการทำความเย็นแบบแบ่งช่วง: หลังจากการบำบัดด้วยโซลิดโซลูชันที่ 1225℃ สำหรับชิ้นงานฟอร์จขนาดใหญ่ จะทำการ冷却อย่างรวดเร็วด้วยอากาศแรงดันสูงจนถึง 900℃ แล้วจึงโอนไปยังการชุบน้ำเพื่อหลีกเลี่ยงการเปราะบางที่เกิดจากการเกิดคาร์ไบด์บริเวณขอบผลึกมากเกินไป ข้อมูลจากการวัดจริงแสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้สามารถทำให้ความแข็งแรงต่อการแตกหักจากการคืบตัวของวัสดุที่ 980℃ เป็นเวลา 1000 ชั่วโมง ถึง 31MPa ซึ่งดีกว่า Inconel 617 ที่ 28MPa

3. ประสบการณ์การนำไปใช้: การปฏิบัติในการทดแทนอุปกรณ์ระดับสูงด้วยผลิตภัณฑ์ในประเทศ

1. กรณีศึกษาดิสก์เทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยาน
โครงการเครื่องยนต์การบินในประเทศแห่งหนึ่งเดิมใช้แท่ง Haynes230 นำเข้า ซึ่งมีปัญหาเรื่องระยะเวลาการจัดส่งที่ยาวนาน (≥6 เดือน) และต้นทุนสูง บริษัท Qingchuan New Materials ได้ปรับปริมาณ Nb+Ta เป็น 5.2% (ขีดจำกัดสูงสุดตามมาตรฐานชาติ) รวมกับกระบวนการตีขึ้นรูปอุณหภูมิคงที่ และประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัสดุสำหรับขึ้นรูปล่วงหน้าของแผ่นเทอร์ไบน์ที่ตรงตามมาตรฐาน ASTM B564 ผ่านการทดสอบความทนทานต่ออุณหภูมิสูงเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง ซึ่งพบว่าสมรรถนะการคลานเทียบเท่ากับวัสดุนำเข้า แต่ต้นทุนลดลง 22% และระยะเวลาการจัดส่งสั้นลงเหลือ 8 สัปดาห์

2. การประยุกต์ใช้กลไกขับเคลื่อนแท่งควบคุมพลังงานนิวเคลียร์
ในโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รุ่นที่สามแห่งหนึ่ง Qinchuan ได้พัฒนากระบวนการอบชุบความร้อนผสม "การละลายแข็ง+การเกิดอายุ" เพื่อแก้ไขข้อพิพาทเกี่ยวกับประสิทธิภาพการเชื่อมของ Haynes230: หลังจากเชื่อมเสร็จแล้ว ให้อุ่นชิ้นส่วนขึ้นไปที่ 870℃ และเก็บความร้อนไว้ 1 ชั่วโมง จากนั้นใช้การเกิดอายุสองระดับ (760℃×8h+650℃×16h) เพื่อฟื้นฟูความแข็งแรงของบริเวณรอยเชื่อม จากการตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิค ASME SA-435 พบว่าข้อบกพร่องในบริเวณรอยเชื่อม ≤0.5mm ซึ่งตอบสนองความต้องการการตรวจสอบโดยไม่ทำลายวัสดุที่เข้มงวดของอุปกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

4. ข้อมูลทางเทคนิคและการควบคุมคุณภาพ

1. ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก
| พารามิเตอร์ | ค่ามาตรฐานทั่วไปของผลิตภัณฑ์ชิงชวน | ข้อกำหนดตามมาตรฐาน ASTM |
|---------------------|----------------------|--------------------|
| ความต้านแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง (MPa) | 760-820 | ≥758 |
| ความต้านทานการแตกหักจากการคลานที่ 980℃ | 31MPa (1000 ชม.) | ≥27MPa |
| อัตราการออกซิไดซ์ที่ 1150℃ | 0.3 มม./ปี (ออกซิไดซ์แบบวนซ้ำ) | ≤0.5 มม./ปี |
| ขนาดเม็ดผลึก | ผสมระดับ ASTM 4-5 | ระดับ 5 หรือละเอียดกว่า |

2. ระบบการตรวจสอบย้อนกลับคุณภาพ
ชิงชวนให้บริการใบรับรองวัสดุ (MTC) ที่สมบูรณ์สำหรับผลิตภัณฑ์ Haynes230 ในแต่ละชุด ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบด้วยสเปกตรัม, การตรวจสอบด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก และบันทึกกราฟการอบชุบความร้อน ห้องปฏิบัติการของบริษัทมีการติดตั้งเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบอ่านค่าตรง, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน และเครื่องทดสอบการคืบตัวที่อุณหภูมิสูง สามารถตรวจสอบคุณภาพตลอดกระบวนการตั้งแต่การเข้ามาของวัตถุดิบจนถึงการออกจากโรงงานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

5. บทสรุป: เส้นทางการผลิตวัสดุในประเทศที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยี

Qingchuan New Materials ประสบความสำเร็จในการลดการพึ่งพาการนำเข้าโลหะผสมความร้อนสูง Haynes230 ด้วยนวัตกรรมกระบวนการผลิตและการควบคุมคุณภาพ ผลิตภัณฑ์ของบริษัทได้ให้บริการในโครงการสำคัญหลายโครงการในอุตสาหกรรมการบิน พลังงาน และปิโตรเคมี ในอนาคต ด้วยการนำกระบวนการหลอมโลหะด้วยสนามไฟฟ้าในสุญญากาศ (VAR) และการพัฒนาผงพิเศษสำหรับการพิมพ์ 3D เข้ามาใช้ Qingchuan จะขยายขอบเขตการใช้งานของ Haynes230 ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเกินขีดจำกัดยิ่งขึ้น