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國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用1000兆帕級(jí)水電高強(qiáng)鋼

來(lái)源：三峽集團(tuán) 時(shí)間：2025-09-04 16:09

　　2025年8月底，浙江天臺(tái)抽水蓄能電站2號(hào)下平洞壓力鋼管最后一條合攏縫焊接殘余應(yīng)力檢測(cè)完畢，1000兆帕級(jí)壓力鋼管及鋼岔管安裝工作圓滿(mǎn)完成，實(shí)現(xiàn)1000兆帕級(jí)水電高強(qiáng)鋼在國(guó)內(nèi)首次成功大規(guī)模應(yīng)用。該項(xiàng)成果入選國(guó)家能源局第五批能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備名單（目前已公示結(jié)束）。

　　三峽集團(tuán)所屬三峽建工聯(lián)合水電產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)歷時(shí)4年全面完成1000兆帕級(jí)特厚鋼板及焊材國(guó)產(chǎn)化研發(fā)應(yīng)用。

　　不畏浮云遮望眼

　　鋼材是水電工程建設(shè)的核心材料之一。在高海拔、高寒地區(qū)和高水頭、大容量水電工程建設(shè)中，對(duì)鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能要求更為嚴(yán)格。其中引水壓力鋼管、鋼岔管、蝸殼等關(guān)鍵核心承壓部件因?yàn)槭芩鳑_擊壓力大等因素，對(duì)鋼材的要求幾乎可以用“苛刻”來(lái)形容。

　　在諸多指標(biāo)中，抗拉強(qiáng)度是衡量鋼材力學(xué)性能的核心關(guān)鍵。強(qiáng)度越高，代表能夠承受的拉力越大，在遇到高落差水流沖擊時(shí)，鋼材表現(xiàn)就越穩(wěn)定。1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼意味著1平方厘米要承受10噸的力。此外，在同等設(shè)計(jì)工況下，隨著材料強(qiáng)度的增加，鋼板厚度會(huì)減小，可有效降低重要部件重量和焊接工作量，從而縮短施工工期，降低施工成本。

　　浙江天臺(tái)抽水蓄能電站額定水頭724米、單機(jī)容量42.5萬(wàn)千瓦，是世界在建額定水頭最高、國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能電站。同時(shí)面臨高水頭、大容量的雙重挑戰(zhàn)，如何選擇適配的水電工程用鋼是天臺(tái)抽蓄建設(shè)者需要率先解決的難題之一。

　　三峽集團(tuán)已在白鶴灘水電站大規(guī)模應(yīng)用800兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼?！叭绻赜?00兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼，為保障工程安全，所用鋼材最大壁厚將達(dá)84毫米，差不多成人單手的寬度?！比龒{建工機(jī)電技術(shù)中心副主任李海軍向記者介紹，“超厚鋼板會(huì)給加工制作帶來(lái)許多難題，比如卷板、焊接、運(yùn)輸、安裝等等。若使用1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼，厚度約為54毫米左右，比800兆帕級(jí)減厚三分之一。”

　　然而水電工程1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼只有日本、歐洲少數(shù)國(guó)家能夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)對(duì)1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼配套焊接材料的研發(fā)相對(duì)滯后。鋼材、焊材若都依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格高昂、供貨周期長(zhǎng)等現(xiàn)實(shí)困難，直接擋在天臺(tái)抽蓄建設(shè)者面前。

　　“國(guó)產(chǎn)化！”為打破國(guó)外壟斷，天臺(tái)抽蓄發(fā)出1000兆帕級(jí)水電高強(qiáng)鋼國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用挑戰(zhàn)。

　　“‘敢闖無(wú)人區(qū)、敢啃硬骨頭’一直是三峽人的鮮明特點(diǎn)，我們也責(zé)無(wú)旁貸?！币α琳f(shuō)。

　　回望來(lái)時(shí)路

　　長(zhǎng)期以來(lái)，日本、歐洲部分國(guó)家在水電行業(yè)高性能鋼板研制上走在前列，且國(guó)外鋼廠主導(dǎo)了水電行業(yè)高端鋼板技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的制定。高端鋼板成為國(guó)內(nèi)水電工程建設(shè)中繞不過(guò)去的“卡脖子”技術(shù)。

　　隨著我國(guó)水電工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，水電用鋼自主研發(fā)需求越來(lái)越迫切。2002年，三峽集團(tuán)牽頭進(jìn)行科研攻關(guān)，聯(lián)合鞍鋼等上下游單位自主創(chuàng)新，600兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼成功應(yīng)用于三峽右岸電站12臺(tái)蝸殼，我國(guó)水電領(lǐng)域開(kāi)始規(guī)模使用國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)鋼板。

　　2007年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)鋼廠著手研發(fā)水電工程使用800兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼，同步開(kāi)展焊接性能研究、第三方焊接工藝評(píng)定等，成功實(shí)現(xiàn)了800兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼在烏東德、白鶴灘等巨型水電站上的批量穩(wěn)定運(yùn)用。

　　站在前輩的“肩膀”上，浙江天臺(tái)抽蓄研制應(yīng)用1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼更有底氣。2021年1月，三峽建工聯(lián)合哈爾濱電機(jī)、東方電機(jī)分別與寶山鋼鐵、南陽(yáng)漢冶、興澄特鋼及南京鋼鐵簽訂聯(lián)合研發(fā)框架協(xié)議；2023年4月，確定在天臺(tái)抽蓄電站“引水系統(tǒng)下斜井下彎段+下平洞壓力鋼管以及引水鋼岔管”等部位采用1000兆帕級(jí)水電高強(qiáng)鋼，正式開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)應(yīng)用之路。

　　“很多前輩為我們蹚出了一條光明的道路，讓新一代水電人能夠站得更高，也有義務(wù)走的更遠(yuǎn)。”三峽建工所屬天臺(tái)抽蓄公司工程管理部專(zhuān)業(yè)師劉華青說(shuō)。

　　成就容易卻艱辛

　　目標(biāo)確定了，工作就有了方向。但要實(shí)現(xiàn)“首次應(yīng)用”，多個(gè)難題接踵而至。

　　為提高問(wèn)題解決效率，三峽建工所屬天臺(tái)抽蓄公司牽頭相關(guān)參建單位成立科技創(chuàng)新黨員攻關(guān)小組，定期召開(kāi)碰頭會(huì)研究解決實(shí)際問(wèn)題。難題在一次次頭腦風(fēng)暴、激烈討論中逐個(gè)破解。

　　第一個(gè)難題是要研制出具有高強(qiáng)度、高塑韌性、抗應(yīng)變時(shí)效脆化特性及優(yōu)良焊接性要求的1000兆帕級(jí)調(diào)質(zhì)鋼板。鋼板合金成分設(shè)計(jì)是研發(fā)關(guān)鍵，在以往的試驗(yàn)中，高碳、高合金含量板坯容易產(chǎn)生星裂與中心偏析，影響鋼板的塑韌性、抗裂止裂特性及抗應(yīng)變時(shí)效脆化特性，同時(shí)惡化鋼板的可焊性。

　　“經(jīng)過(guò)上百次反復(fù)試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)采用主合金元素設(shè)計(jì)的技術(shù)路線(xiàn)，匹配于微合金元素處理，既能保障鋼具有優(yōu)良的焊接性，又能提高鋼的塑韌性、抗裂止裂性、抗應(yīng)變時(shí)效脆化特性，滿(mǎn)足了高水頭、大HD值電站用超高強(qiáng)度鋼板的要求?！睂氫撌紫こ處焺⒆猿沈湴恋卣f(shuō)。

　　通過(guò)優(yōu)化化學(xué)成分配比、改良熱處理工藝等措施方法，工程師們終于找到強(qiáng)韌性匹配的窗口，在保障高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上成功研發(fā)出高韌性1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼板。

　　第二個(gè)難題則是配套焊材。鋼板成為鋼管、鋼管成為長(zhǎng)流道，均需通過(guò)焊材進(jìn)行連接，如果焊材達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，將直接影響壓力鋼管的安全。而國(guó)內(nèi)焊材研發(fā)應(yīng)用相對(duì)滯后，大跨步向前需要有堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

　　“找準(zhǔn)焊材與鋼板‘完美’融合的平衡點(diǎn)非常難，需要在等強(qiáng)匹配、等韌匹配、等成分匹配等原則中進(jìn)行統(tǒng)籌考慮?！眲⑷A青向記者介紹。

　　為了解決這一難題，三峽建工所屬天臺(tái)抽蓄公司聯(lián)合哈爾濱焊接研究所共同攻關(guān)國(guó)產(chǎn)配套焊材研發(fā)難題。通過(guò)開(kāi)展1000兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼板焊接試驗(yàn)、國(guó)產(chǎn)化焊材應(yīng)用研究與驗(yàn)證等系列工作，成功研制出符合要求的國(guó)產(chǎn)氣保焊焊絲、手工電焊條、埋弧焊絲及焊劑，并首次應(yīng)用于天臺(tái)抽蓄電站鋼岔管和壓力鋼管焊接中。

　　第三個(gè)難題是“驗(yàn)證”。制作出的鋼板和焊材能否應(yīng)用于工程實(shí)際，必須通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　2024年9月，為驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)鋼板、國(guó)產(chǎn)焊材、配套焊接工藝的安全可靠性，確保1000兆帕級(jí)水電鋼能夠大規(guī)模應(yīng)用，三峽建工所屬天臺(tái)抽蓄公司牽頭組織開(kāi)展了模型鋼岔管水壓爆破試驗(yàn)。

　　“鋼岔管設(shè)計(jì)爆破壓力為24.9兆帕，最終爆破壓力為26.5兆帕，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，成功驗(yàn)證了鋼板和焊材的安全可靠，具備工程實(shí)際應(yīng)用條件?！比龒{建工所屬天臺(tái)抽蓄公司副總經(jīng)理姚亮說(shuō)，“而且在這次試驗(yàn)中，我們要求使用手工焊，也為后續(xù)引水隧洞內(nèi)焊接打下了技術(shù)基礎(chǔ)，提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。”

　　最后一個(gè)難題是焊接工藝，也是應(yīng)用過(guò)程中遇到的最大的難題。

　　在鋼岔管制作上，首次嘗試采用氣保焊焊接工藝。在攻關(guān)焊接工藝評(píng)定過(guò)程中研發(fā)了氣保焊精準(zhǔn)工藝與保護(hù)氣體綜合調(diào)控技術(shù)，在施焊過(guò)程中首創(chuàng)現(xiàn)場(chǎng)焊接關(guān)鍵參數(shù)智能管控系統(tǒng)，工程師可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控每臺(tái)焊機(jī)的工作狀態(tài)。

　　在以往的實(shí)踐中，國(guó)外一些水電工程因鋼板焊接接頭出現(xiàn)延遲裂紋，導(dǎo)致出現(xiàn)爆管問(wèn)題，造成難以估量的損失。天臺(tái)抽蓄高強(qiáng)鋼板應(yīng)用部位為下斜井下彎段和下平洞，洞內(nèi)風(fēng)大潮濕、焊接條件差，容易造成焊縫冷裂傾向增大。

　　“為保障隧洞內(nèi)焊接質(zhì)量，我們先后五次開(kāi)展手工焊焊評(píng)。”水電十二局天臺(tái)抽蓄項(xiàng)目部金結(jié)工區(qū)（壓力鋼管制作安裝）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人吉智勇說(shuō)，“同時(shí)每個(gè)單元格采用型鋼架、三防布進(jìn)行裝修，還配置送風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、焊煙收集器等設(shè)備，為焊接提供良好工作環(huán)境。”

　　2025年4月，天臺(tái)抽蓄公司組織召開(kāi)2024年度勞動(dòng)和技能競(jìng)賽表彰大會(huì)，水電十二局天臺(tái)抽蓄項(xiàng)目部作為“先進(jìn)集體”接受表彰?！懊恳粭l焊縫都是承諾，每一米鋼管都是責(zé)任?！奔怯聢?jiān)定地說(shuō)。

　　關(guān)關(guān)難過(guò)關(guān)關(guān)過(guò)。4年多的時(shí)間里，天臺(tái)抽蓄建設(shè)者們攻克一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題，最終實(shí)現(xiàn)1000兆帕級(jí)水電用高強(qiáng)鋼國(guó)內(nèi)首次成功應(yīng)用。

　　“除了總結(jié)經(jīng)驗(yàn)之外，后續(xù)我們還有很多工作要做?！比龒{建工所屬天臺(tái)抽蓄公司負(fù)責(zé)人景茂貴說(shuō)，“首次應(yīng)用只是開(kāi)始，我們有責(zé)任為后續(xù)高水頭、大容量抽水蓄能及沖擊式機(jī)組提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，為國(guó)家水電開(kāi)發(fā)重大戰(zhàn)略需求提供技術(shù)支撐?！?/span>

　　浙江天臺(tái)抽蓄電站引水隧洞內(nèi)，監(jiān)理工程師正在進(jìn)行引水壓力鋼管焊縫檢查。不遠(yuǎn)處的地下廠房?jī)?nèi)，國(guó)內(nèi)首臺(tái)單機(jī)容量最大抽蓄機(jī)組總裝調(diào)試緊鑼密鼓開(kāi)展，為實(shí)現(xiàn)年底首機(jī)投產(chǎn)發(fā)電目標(biāo)做充足準(zhǔn)備。三峽水電建設(shè)者正以“大國(guó)重器必須掌握在自己手里”的使命擔(dān)當(dāng)，在抽水蓄能領(lǐng)域繼續(xù)勇攀高峰。

　　責(zé)任編輯：江蓬新