新天工开物 | 不怕热的钢来了，625℃高温下纹丝不动

在湖北大冶特钢的生产车间，温度计指针指向625℃，“耐热钢”纹丝不动。“耐热钢”是火电站的“心脏”——超超临界机组用钢材的战场。在这个温度下，普通钢材会像软泥般塌陷，而进口材料的价格又高不可攀。

葛锐教授向记者展示新鲜出炉的“耐热钢”。记者杨佳峰 摄

“我们要造出能承受‘三昧真火’的铠甲。”武汉科技大学葛锐教授团队与大冶特殊钢有限公司深化产学研合作，在这个火炉口鏖战多年。凌晨，他们盯着透射显微镜下金属晶粒的排列，一次次排兵布阵般调整合金元素，优化热处理工艺，最终破解了“耐热钢”持久强度低的行业魔咒，让国产钢材在极端高温高压下依然挺立，实现10万小时稳定强度，技术水平国际领先。

如今，不仅国内十多台套超超临界火电机组有了“中国芯”，这批“不怕热的钢”还跨洋出海，在美国、韩国、印度的电厂里，书写着中国制造的传奇。

葛锐教授操作高温蠕动持久试验机对“耐热钢”进行测试。记者杨佳峰 摄

“耐热钢”可在625℃下保持10万小时稳定强度

【研发者说】

讲述人：武汉科技大学材料与冶金学院教授 葛锐

高温环境对普通钢材的考验往往始于300—400℃，此时钢材会像面条般失去刚性。这一现象源于钢材内部微观结构的剧烈变化：在显微镜下可以看到，原本整齐排列的晶体开始错位，组织发生退化，内部析出物的形成导致晶粒粗化，最终使材料变得如同松散的棉絮。

在极端高温高压环境下保持钢材的稳定性能，是一项极具挑战性的课题。传统方法通过在普通钢中添加镍、钴、钨等贵金属来提升耐温性能，但这种方法的成本过于高昂——每吨钢材价格攀升至七八万元，难以满足民用需求。

我们选择了另外一条孵化“耐热钢”的路：通过成分设计（控制有害元素）、工艺调控（热处理优化马氏体组织）、组织均匀性控制（减少脆性高温铁素体）等，从生产环节孵化“耐热钢”。

孵化“耐热钢”的小型炼钢炉和盛装钢水的坩埚。记者杨佳峰 摄

钢铁是大规模工业生产，难免引入杂质，很难精准控制。我们采用设计与工艺来保障去除杂质元素，确保了材料的纯净度。这是成分控制的核心。

热处理技术的关键是匹配不同元素需求：有些元素需固溶强化，有些则要控制形态避免负面影响，通过工艺让添加的元素发挥最大作用。

孵化“耐热钢”的小型炼钢炉和盛装钢水的坩埚。记者杨佳峰 摄

“耐热钢”的研发是一项复杂的系统工程，其核心在于独特的组织控制技术。尤其是高温铁素体这一关键指标的控制。这种脆性相的存在，犹如混凝土中的石子，虽然能提高强度，却容易埋下了断裂隐患。

如何减少高温铁素体这类有害组织？我们在实验室的小型炼钢炉旁，从1公斤级、50公斤级做起，摸索出1200℃以下压低高温铁素体的关键技术。

葛锐教授操作小型炼钢炉。记者杨佳峰 摄

随着材料研发的逐步推进和市场需求，“耐热钢”不断迭代。2021年，市场需求的“耐热钢”是580℃级，现在我们的“耐热钢”逐步向640℃、660℃、700℃级迈进。

目前，625℃“耐热钢”已实现万吨级销售，650℃级已成功制造，700℃级已进入实验阶段。开发出的两款“耐热钢”——改良P92钢（持久强度96兆帕）和高持久强度钢（持久强度110兆帕），可在625℃下保持10万小时稳定强度，价格只有同类进口钢材的一半。

“耐热钢”节约了发电成本

【大众点评】

讲述人：大冶特殊钢有限公司研究分院主任研究员 朱志宝

在热电厂的主蒸汽管道系统中，我们采用了“耐热钢”材料。蒸汽在里面传输，温度能达到600℃，比一般的小火焰温度还高。燃烧产生的热量将水加热转化为蒸汽。这些高温蒸汽推动汽轮机运转，完成一次做功后，温度降至300多摄氏度。随后，蒸汽经过二次加热，再次驱动汽轮机，形成一个高效的能量利用循环。承载这些蒸汽的管道便是“耐热钢”做成，使用至今安全平稳。“耐热钢”长期处于高温高压环境，要求使用寿命达到10万小时，折算下来差不多是十多年。也就是说，“耐热钢”一次安装，无需频繁更换，便可长期使用，大大节约了发电成本。

（长江日报记者杨佳峰 通讯员程毓）

【罗田甜】