超級裝備與智造未來

文/王寶忠·河北宏潤核裝備科技股份有限公司

裝備制造業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。我國裝備制造業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，取得了令人矚目的成就，形成了門類齊全、具有相當(dāng)規(guī)模和一定水平的產(chǎn)業(yè)體系，成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。特別是近幾年來隨著能源領(lǐng)域重大裝備的迅猛發(fā)展，裝備制造業(yè)亦發(fā)生了翻天覆地的變化。首先是大型鍛造壓機(jī)的規(guī)模與數(shù)量不斷攀升，其次是鍛件制造工藝技術(shù)與水平持續(xù)創(chuàng)新，一個(gè)又一個(gè)世界之最的問世開始讓全球從業(yè)者對中國的裝備制造業(yè)刮目相看！無數(shù)雙睿智而驚異的目光已經(jīng)在聚焦中國的裝備制造業(yè)，下一輪創(chuàng)新將會是什么？

如果說上一輪創(chuàng)新注重的是單體規(guī)模的大型化及一體化，那么未來的創(chuàng)新將會是個(gè)性化與精細(xì)化，是從外在的改變走進(jìn)內(nèi)在的革新。十幾年來，在能源裝備日益發(fā)展的推動(dòng)下，鍛件規(guī)模與內(nèi)部質(zhì)量不斷被提升，而冶煉與成形設(shè)備的制約催生了鍛件制造工藝的創(chuàng)新，這種現(xiàn)象在《超大型核電鍛件綠色制造技術(shù)》一書中得到了充分的體現(xiàn)。然而發(fā)展的可持續(xù)化造就了創(chuàng)新的永無止境，走過了大型化與一體化創(chuàng)新之路的鍛件，下一步將會是形狀上的個(gè)性化與精細(xì)化、材料上的高合金化、質(zhì)地上的強(qiáng)韌化與高密化。要實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)新，非超級裝備莫屬。所謂超級裝備對于成形而言，就是能夠提供強(qiáng)大的成形力與成形速度，具備開闊的操作空間。

宏潤核裝自主設(shè)計(jì)制造的5萬噸垂直擠壓機(jī)組正是這種超級裝備的代表。這臺以擠壓成形為主的壓機(jī)主要用于大口徑厚壁與特殊合金無縫鋼管的生產(chǎn)，投產(chǎn)5年以來，已成功生產(chǎn)出直徑1320mm、壁厚200mm、最長達(dá)12米的巨型無縫鋼管。而5萬噸垂直擠壓機(jī)組的另一個(gè)重要應(yīng)用，是充分利用普通自由鍛液壓機(jī)制坯上的優(yōu)勢，采用鍛擠結(jié)合工藝，開發(fā)大型高端異形鍛件。與普通的熱模鍛相比，這種鍛擠結(jié)合工藝制造的鍛件具有更好的表面光潔度、更高的材料利用率、更均勻更致密的內(nèi)部質(zhì)量，此外較高的成形速度使得模具壽命更高、修模頻率更低、生產(chǎn)效率更高。因此，就像鍛軋組合一樣，鍛擠組合新工藝具有強(qiáng)大的生命力與應(yīng)用前景，采用鍛擠組合工藝制造的大型鍛件一定是未來高端鍛件市場上的新貴。

正是預(yù)見到了大型高端鍛件這新一輪創(chuàng)新發(fā)展的方向，5年來宏潤核裝在以核電為主的能源領(lǐng)域，利用5萬噸垂直擠壓機(jī)組進(jìn)行了一系列全纖維流線的高品質(zhì)大型鍛件的研發(fā)與創(chuàng)新工作。

核電產(chǎn)品研發(fā)

⑴核電主泵泵體的熱擠壓成形研發(fā)。

該產(chǎn)品采用不銹鋼材質(zhì)，零件重量達(dá)20t，5萬噸垂直擠壓機(jī)組是迄今為止全球唯一一臺能夠擠壓該產(chǎn)品的超級裝備。

⑵CAP1400主蒸汽超級管道的自主化研制。

CAP1400壓水堆核電機(jī)組是我國三代核電技術(shù)自主創(chuàng)新的標(biāo)志，是國家立項(xiàng)全球最大核電站示范工程的專項(xiàng)課題。

⑶小堆、低溫堆和船用浮動(dòng)堆用核反應(yīng)堆與主堆殼體集成裝置研發(fā)。

通過采用鍛擠成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上述裝置的一體化一次性成形，取消異形焊縫的同時(shí)將環(huán)焊縫減少到一條。既提高了裝置的安全性與可靠性，又顯著降低了制造周期與成本。

⑷核電主管道整體擠壓成形研究。

作為課題責(zé)任單位，在完成國家04重大專項(xiàng)《核電大型復(fù)雜管件關(guān)鍵制造工藝及應(yīng)用研究》課題的基礎(chǔ)上，在5萬噸擠壓機(jī)上完成了AP1000主管道熱段整體一次成形的比例試驗(yàn)。

⑸60萬千瓦第四代快堆管道與Y型三通的研究。圖1所示為快堆一回路壓力管。

圖1 快堆一回路壓力管

計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬表明，這種規(guī)模的管道和Y型三通只有在5萬噸擠壓機(jī)上才能夠?qū)崿F(xiàn)全纖維成形。

⑹帶接管的整體封頭研究。

未來幾年，公司將發(fā)揮5萬噸擠壓機(jī)獨(dú)特的優(yōu)勢，在核電用整體封頭近凈成形方面進(jìn)行創(chuàng)新。

⑺其他核電產(chǎn)品。

在完成上述核一級產(chǎn)品研發(fā)的同時(shí)，公司在核二級鋼管與管件產(chǎn)品制造方面已有十余年生產(chǎn)業(yè)績，2016年完成9臺核二級鋼管訂貨。

電站用特殊管材研制

⑴650℃電站用G115鋼管研發(fā)（圖2）。

圖2 G115大口徑650℃高溫鋼管

與上海寶鋼特鋼合作，共同開發(fā)的650℃電站用G115無縫鋼管將進(jìn)一步加快進(jìn)口P92鋼管的替代進(jìn)程。

⑵700℃鎳基合金鋼管開發(fā)（圖3）。

圖3 鎳基合金鋼管

目前世界上只有少數(shù)國家能夠制造700℃電站用大口徑鎳基合金鋼管，5萬噸擠壓機(jī)是這種耐高溫難變形特殊合金管材成形的最理想設(shè)備。

其他產(chǎn)品研發(fā)

⑴艦船用大口徑鈦合金管材研制。

大口徑厚壁鈦合金管材制造一直是世界性難題，我國現(xiàn)在能夠制造的鈦合金無縫管材的最大直徑在200mm以下，公司目前正在研制φ510mm×50mm鈦合金管材。

⑵艦船用鈦合金球形容器。

鈦合金變形溫度區(qū)間窄，變形抗力大，即使是簡單形狀的鍛件成形都非常難，更何況是球形鍛件。公司已成功開發(fā)出艦船用鈦合金球形容器。

⑶大型船用S90曲軸開發(fā)（圖4）。

圖4 大型船用S90曲軸拐

由于目前國內(nèi)生產(chǎn)的大型船用曲軸鍛件一般采用相對簡單的彎制法成形，所以材料利用率很低，制造成本較大，進(jìn)口比例較大，有些型號的大型曲軸甚至全部進(jìn)口。為此國家正在全力推進(jìn)大型船用曲軸國產(chǎn)化。公司研發(fā)的大型船用曲軸擠壓成形工藝可節(jié)約材料40%左右。

⑷閥門體與斜三通的開發(fā)（圖5）。

大口徑閥門體的近凈成形是國家課題的重要組成部分，公司利用5萬噸擠壓機(jī)組，采用鍛擠結(jié)合工藝將原有自由鍛造成形的大口徑閥門體創(chuàng)新為擠壓成形，鍛件重量從10t降至4t，節(jié)約材料60%。

圖5 閥門體與斜三通

憑借著5萬噸垂直擠壓機(jī)組在難變形特殊合金管材、異形管件、帶接管的球形容器等零部件近凈成形方面巨大的裝備優(yōu)勢，公司與國內(nèi)多家企業(yè)和科研院所進(jìn)行合作，聯(lián)合攻關(guān)，著眼于未來高端鍛件發(fā)展方向，秉承“發(fā)展創(chuàng)新、追求卓越”的精神理念，致力于通過技術(shù)、產(chǎn)品和工藝創(chuàng)新推動(dòng)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，變被動(dòng)創(chuàng)新為引領(lǐng)創(chuàng)新，從而帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)水平的整體提升，提高中國在世界裝備制造領(lǐng)域的地位，使中國擁有更多更權(quán)威的話語權(quán)。

5萬噸垂直擠壓機(jī)組的自主設(shè)計(jì)與制造，特別是投產(chǎn)后大型高端鍛件的研制歷程，讓我們充分認(rèn)識到高端產(chǎn)品的誕生需要超級裝備做保障，但更需要科技的創(chuàng)新與管理的精細(xì)，“天下大事必作于細(xì)”。展望未來，公司將繼續(xù)發(fā)揮幾十年來積累的人才優(yōu)勢、裝備優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢和已開發(fā)的多種新產(chǎn)品優(yōu)勢，高瞻遠(yuǎn)矚，潛心研發(fā)，全力開發(fā)高端產(chǎn)品市場、核電產(chǎn)品市場和軍品市場，揚(yáng)長避短，做精做細(xì)，走持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展之路，努力將公司打造成行業(yè)中的佼佼者。