大国重器 济南担当 乾坤第一圈傲然上路

舜网-济南日报 2022-08-06 07:35:16

作者:戴升宝

责任编辑:高原
大国重器 济南担当 乾坤第一圈傲然上路

  “乾坤第一圈”气势恢宏。(本版照片均由本报记者崔健摄)

大国重器 济南担当 乾坤第一圈傲然上路

  “乾坤第一圈”被运出伊莱特厂区。

大国重器 济南担当 乾坤第一圈傲然上路

  行驶在经十东路上的“乾坤第一圈”(本版照片均由本报记者崔健摄)

  下料重250吨,经过“千锤百炼”制成成品,直径为15.673米,远超其他企业能承受的直径10米的极限……8月5日,一项新的吉尼斯世界纪录在济南市章丘区诞生。

  当天上午,该环轧钢环下线起运,济南各媒体争相直播和多媒体推送,一下子引爆了网络,成为刷屏的“网红”。众多网友对这一“大国重器”给予高度关注和频繁点赞,并亲切地称之为“乾坤第一圈”。作为中国第四代核电用的超级无缝锻环,“乾坤第一圈”雄伟粗壮,震撼人心,独家锻造技术登顶世界之巅,让人感叹济南高端装备制造业已经成为“藏龙卧虎”的技术江湖,驶上了高质量发展的快车道。

  “乾坤第一圈”是干啥的?

  8月5日上午,“乾坤第一圈”在伊莱特厂区装车后,驶上经十东路。在交警等部门的协助下,运输车辆在交通管制下占据半幅道路傲然前行。那么,这个“大家伙”到底是干什么用的?它的出现聚集了哪些“黑科技”?记者就此采访了伊莱特相关负责人。

  据介绍,“乾坤第一圈”的学名叫核电支承环,是用于我国第四代核电机组上的巨型锻件,主要起到支承、保护的作用,将承担起7000吨的重量!由于是核电部件,一旦安装,在整个核电机组的服役周期内将无法更换,因此,它也代表了核电锻件的最高技术水准。

  刷屏的网红“乾坤第一圈”,靠的可不仅仅是颜值,其内涵也非常“硬核”。

  首先,“乾坤第一圈”的DNA就和普通产品不一样,制造这个“乾坤第一圈”的原材料“配方”涉及20多种不同的化学元素,其中多个化学元素含量百分比要精确到小数点后四位,多一分少一分都不行!

  其次,“乾坤第一圈”的最大特点就是一体成形,直径超15.6米,在近50米周长的圈体上,通体光滑平整,没有一道焊缝。很多网友非常好奇,为什么一定要一体成形而不在现场焊接?确实,同类产品在国外都是做成6-8瓣弧形部件,然后拼焊在一起,但这些焊缝也会存在安全隐患。由于核电产品对安全性要求极高,如果能制造出一体成形没有焊缝的部件,对核电站的安全性是一个重大的加分项。所以,伊莱特技术团队从一开始就没有考虑焊接问题,而是坚持一体成形,这也加大了“乾坤第一圈”的制造难度。

  第三,“乾坤第一圈”的后期锻造过程技术含量颇高。当初下料的时候,“乾坤第一圈”用了250吨钢材,在此后的锻造过程中,各种杂质被清除,最后制成成品。业内专家称,“乾坤第一圈”通过锻造要解决的不仅仅是看得见的“外形”,还有看不见的内部“性能”,这就要靠“热处理”来实现。所谓热处理,就是把工件在特定时间内升温多少度、保温多少度、降温多少度,以调整金属内部结晶形态的过程。如果温度和时间失控,就可能导致工件内部晶粒粗大,产品性能下降,无法满足工程技术要求,导致整个项目前功尽弃。这其中一系列不可对外人透露的“黑科技”,是伊莱特产品能独步全球的最大底气。

  概括起来,“乾坤第一圈”不仅要长得帅,还要身体素质过硬。毕竟是用在核电项目上,不可能三天两头地拉出来“打打点滴”。目前,伊莱特是世界上唯一能制造出如此大直径无缝锻环且保证其内部性能满足核电项目技术要求的企业。 “黑科技”背后的故事

  台上一分钟,台下十年功。能独占半幅道路傲然前行的“乾坤第一圈”,看起来很是威风,但在其背后却是伊莱特技术团队多年的艰苦奋斗、科研攻关。

  故事首先要从中科院金属所李依依院士团队说起。李依依院士是我国著名的冶金与金属材料科学家,低温及核结构材料领域的主要学术带头人。她曾连续主持四个五年计划国家科技攻关课题,为三峡水轮机转轮及CRH5动车、CRH3高铁转向架国产化、核电用大型容器、蒸发器用精密管材作出过重大贡献。

  传统上,制造大型锻件的思路都是“以大制大”,也就是要做一个大锻件,就得先用钢水浇出一个更大的钢坯。但是,按照麻省理工学院弗莱明斯教授的凝固理论,材料是有尺寸效应的,规格越大的材料,它的偏析越严重;规格越小的,偏析就越轻。

  所谓“偏析”,就是在钢水冷却凝固过程中,本来在钢水中均匀分布的各类合金元素变得不均匀了,就像一块没有和好的面团,有的地方盐少,有的地方盐多,这样的面团做出来的饼肯定咸淡不一。对应到工程上,就是发生偏析位置的力学性能,无法满足技术要求,导致材料使用寿命变短。科学家们将材料偏析比喻成人体内的癌细胞,为了解决这个问题,他们付出了大量努力,但却一直没有收到很好的效果。

  对此,李依依院士团队跳出了用大钢锭制造大锻件的思路局限,在国际上率先提出了一种全新的材料加工技术——金属构筑成形技术。这种技术是像砖头砌墙一样,用尺寸较小、冷速较快的金属坯作为基元,一层一层叠加起来,放入真空环境,将金属坯封焊起来。然后加热到高温进行反复的大变形,就像揉面一样,使层与层之间的界面完全结合在一起,变成一块内部合金元素更均质的大型钢坯。

  有人担心,这样做出来的钢坯会不会像千层饼一样,一撕就开了。答案是否定的,因为在高温大变形的作用下,金属界面处会积累大量的形变储能,激发剧烈的原子扩散和动态再结晶,从而将本来分离的金属牢固地结合在一起。

  说起来容易做起来难,实验室的结果再好也要经过产业化落地的考验。

  时针拨回到2015年。当时的伊莱特董事长牛余刚正在考虑筹建公司的大锻件事业部。为了加强企业的研发力量,他找到了中科院金属所的李依依院士,希望能在企业建立院士工作站。也正是在这个过程中,李依依院士了解到伊莱特筹建的这个事业部计划引进一条国际先进的直径12米的轧环生产线。于是,李依依院士便询问牛余刚能否将设备加大至16米,因为国家正在推进的某重大核电项目,需要一个直径16米左右的超大型部件。

  牛余刚一开始并没多想,一口答应下来,可回来一算造价却惊呆了。看着设备只是增大了1/3的加工能力,可造价却不是简单地同比例增加。调整方案后,原本计划投资3亿元的项目直接飙升至6亿元,这对一家企业来讲可不是个小数字。而且,这个项目在国际上是首例,能不能成功还不好说。就算搞成了,对于核电这类产品,一两年也未必能承接一个订单。对此,牛余刚和企业高管们说:“咱们打了一辈子铁,过去是为了挣俩钱。现在赶上国家有这样的项目,我们要是不加上这4米,得后悔一辈子,要干咱就干别人都干不了的活!”

  于是,项目很快启动。一边是紧锣密鼓地进行厂房建设、设备安装,一边是李依依院士团队和伊莱特员工同吃同住。从2016年初,他们加班熬夜,先是完成了1/8比例直径2米环的试制,接着是1/3比例,等截面比例等不同类型的试制,不断进行一次次工艺优化,参数调整,一次次接受专家们的严格论证。

  2018年5月,伊莱特大锻件事业部的16米轧环生产线完成安装,首件直径15.6米的碳钢环成功下线,这极大增强了项目团队的信心。2019年3月12日,首件1:1真实材料试验件开始轧制,现场气氛极为紧张:虽然前一年的碳钢环已经轧制成功,但与碳钢相比,支承环使用的奥氏体不锈钢热态强度高,变形抗力大,到底能不能行,谁心里也没有十足的把握。最终,经过20多分钟的轧制,对讲机里传出声音:“可以了,可以了!准备吊钩。”那一刻,现场所有人都欢呼起来,牛余刚心里的石头终于被搬开,三年来的压力瞬间得到释放,不顾现场众多领导和媒体人,他忍不住激动地嚎啕大哭。

  五个多月完成“乾坤第一圈”

  核电无小事,首件1:1真实材料试验件完成后不久,专家们就对其进行了破坏切割,制作成多套试样,继续进行各类细致严谨的测试和评估,并最终给伊莱特下达了正式部件的制造许可。后续工作很顺利,2019年9月和10月,伊莱特将两件产品成功交付发运。

  2022年2月14日,好消息再次传来。凭借此前过硬的工作作风和高度的使命感,伊莱特再次签下该型号机组2号工程的核电支承环订单。这一次,他们依旧没有丝毫的马虎,在总结上一次经验基础上,团队精细策划,严格落实。功夫不负有心人,这次他们仅用5个多月,“乾坤第一圈”等任务就顺利完成。

  近几年,伊莱特手里掌握的“绝活”可绝不止“乾坤第一圈”。目前,他们还在与清华大学联合研发制造高温气冷堆用压力容器筒节。如果这一项目最终通过,伊莱特将成为同时参与两个不同第四代核电技术的重大部件制造商。

作者:戴升宝

责任编辑:高原
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