不锈钢也会生锈:专家揭我国火箭发动机材料防锈性能短板

2018-06-28 12:21 科技日报

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资料图:图为国产YF-100液氧煤油火箭发动机与YF-77液氧液氢火箭发动机。

资料图:图为国产YF-100液氧煤油火箭发动机与YF-77液氧液氢火箭发动机。(拖拽本图可查看大图)

■亟待攻克的核心技术

(科技日报6月28日报道)“不锈钢能不能不生锈?”这个有点黑色幽默的问题,几乎让中国航天科技集团六院发动机专家、长征五号运载火箭副总设计师陈建华落下心病。

在我国120吨级液氧煤油补燃循环发动机YF-100的研制过程中,陈建华注意到好几种高强度不锈钢都容易生锈。从2011年开始,他跟老朋友,钢铁研究总院特殊钢研究所副所长苏杰无数次沟通,双方压力都很大。如今,长征六号、七号、五号火箭相继首飞了,陈建华仍没有得到完全让人信服的答案。

■强度和防锈性能是对矛盾体

用于火箭发动机的钢材需具备多种特性,其中高强度是必须满足的重要指标。苏杰向科技日报记者介绍,过去我国火箭发动机上采用的奥氏体不锈钢,屈服强度约为300兆帕,而新一代运载火箭所用材料,强度是其2到4倍。然而,不锈钢的强度和防锈性能,却是鱼和熊掌般难以兼得的矛盾体。

“需要明确一个概念,不锈钢是会生锈的。”苏杰说,“简单来讲,钢材的耐蚀性主要依靠合金元素‘铬’的含量,但如果该元素加得太高,强度就上不去。因此高强度的材料,防锈能力一定会较差。”北京科技大学材料科学与工程学院教授李静媛补充说,提高不锈钢强度常用的方法是析出强化。在热处理工艺中,钢材料内部会析出一些微粒,弥散分布于基体中导致硬化。“但是,微粒析出的位置会出现缺陷,缺陷处合金元素减少、组织结构出现差异,破坏了金属材料的均匀性,就容易发生腐蚀,也就是通常所说的‘生锈’。”她表示。

陈建华表示,火箭发动机材料如果只是有点浮锈问题不大,但如果严重生锈,可能带来很大影响。假设阀门的阀芯生锈,会使阀门在开合过程中遇到阻力,导致反应速度出问题。如果锈得厉害,还可能发生泄漏。要是管道生锈,锈块随着燃料流动,可能引起堵塞。

■世界难题:国外发动机材料也生锈

生锈问题带来的苦恼,陈建华深有体会。“为了防锈,我们规定发动机见水不能超过几小时。可发动机沾水在所难免。例如做水力试验,每次做完得赶紧把发动机拉回厂里,放进炉子烘干。”他说,“长征五号火箭只能在海南文昌发射,暴露在潮湿环境下多久会生锈?我只关心这个。”

责任编辑:鲁路(QM0002)  作者:付毅飞、于紫月