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记者蹲点·山东好品看创新②丨铁匠之乡打出“世界第一环”

2022

08/11
来源:

大众报业·大众日报客户端

作者:

段婷婷 郭茂英 蔡明亮

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  屡上热搜的“世界第一环”下高速后,11日从潍坊港乘船出发。这个产自铁匠之乡章丘的大家伙,有着怎样的前生今世,近日,记者走进厂区,带来了最全探访。

  “世界第一环”这样锻成

  □记者 段婷婷

  被吉尼斯世界纪录认证的全球最大环轧钢环,8月5日从济南发运。路上,这个直径15.673米、通体无一道焊缝的“世界第一环”,乘着106个车轮的专用车,独占了高速公路四条车道。

  这是用于我国某四代核电机组上的核电支承环,诞生在济南市章丘区一家民营企业——伊莱特能源装备股份有限公司。发运现场,一位工人放声高歌:“咱们工人有力量……”

  把合金元素“揉”均质

  在伊莱特,大家喜欢叫核电支承环为“乾坤圈”,不仅因其个头和重量,还因为它“神力”无穷。它被用于承载核电机组堆容器7000吨的重量,相当于顶着100节车厢组成的动车组。

  作为核电机组部件,一旦安装,整个机组服役周期内无法更换。为此,“乾坤圈“采用一体成形。“焊缝存在安全隐患,因此‘乾坤圈’近50米的周长上,没有一道焊缝。”伊莱特董事长牛余刚介绍,同类产品国外都是做成6-8瓣弧形部件,然后拼焊在一起。由于核电站对安全性要求极高,如果能制造出一体成形没有焊缝的部件,对核电站的安全性肯定是一个重大的加分项。

  “要锻造无缝‘乾坤圈’,就需要一块更大的坯料。”伊莱特技术研发中心副总经理银伟介绍,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,就得先用钢水浇注出一个更大的钢坯。但是,浇注大钢坯并不简单。

  “规格越大的材料,偏析越严重。”银伟解释,所谓“偏析”,就是在钢水浇注钢坯的冷却凝固过程中,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。

  为解决这一问题,伊莱特采用了中科院金属所李依依院士提出的金属构筑成形技术。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至高温进行反复大变形,就像揉面一样,使金属坯之间的界面完全结合在一起,变成一块合金元素均质的大型钢坯。“有人可能担心,这样做出来的钢坯会不会像千层饼一样,一撕就开了。”银伟说,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。

  1000多个日夜的反反复复

  金属构筑成形理论能够从实验室走进伊莱特的车间,要从2015年说起。

  当时,牛余刚正考虑筹建大锻件事业部,引进一条直径12米轧环生产线。为了加强研发力量,他找到了李依依院士,希望能在伊莱特建院士工作站。在此过程中他得知,国家正在推进的某重大核电专项,需要一个直径约16米的超大型部件。

  设备只是增大了1/3的加工能力,投资却从3亿元飙升至6亿元,这对伊莱特来讲不是小数目。并且,接近16米的轧环项目在国际上没有先例,能否成功且不说,就算成功了,这类产品一两年也未必有一个订单。

  当时很多人觉得不可行。面对质疑,牛余刚对公司高管们说:“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。”

  于是,项目很快启动。伊莱特紧锣密鼓建设厂房、安装设备,李依依院士团队的成员搬进厂区。2016年初开始,从直径2米的规格开始试制,一点点放大。

  制造核电支承环的“配方”涉及20多种不同的化学元素,多种元素配比精确到小数点后四位。此外,锻造过程对温度和时间把控极严,稍有不慎就可能导致工件内部晶粒粗大,产品性能下降,整个项目前功尽弃。

  一次次失败,一次次重来,1000多个日夜,反反复复优化工艺、调整参数、专家论证。

  2019年3月12日,首件1:1真实材料试验件开始轧制。现场气氛紧张极了,直到对讲机里传出声音:“可以了可以了,准备吊钩!”那一刻,现场所有人欢呼起来,牛余刚却忍不住嚎啕大哭,三年来的压力瞬间释放。

  此后,专家们对试验件进行了破坏切割,严格测试与评估,最终下达了正式部件的制造许可。2019年9月和10月,两件核电支承环分别交付发运。

  今年2月,伊莱特再度拿到两件核电支承环订单。“2号‘乾坤圈’生产过程中恰逢济南最热的时候,‘乾坤圈’本身1000多℃,我们的车间工作人员一天要换五六身衣服。”伊莱特技术研发中心副总赵丽美说,“我记得‘乾坤圈’锻造时,一位工人穿着隔热服,休息时把帽子从头上拿下来的瞬间,汗水从里面哗啦啦倒了出来。”此次用时5个半月,两件核电支承环便顺利完工。

  传统产业高新化发展

  支承环代表了核电锻件的最高技术水准,而伊莱特是目前世界上唯一能够锻造这么大支承环的企业。

  创办于上世纪70年代的伊莱特,曾是一家村办锻造厂。2000年改制以后,伊莱特瞄准风电、核电、海电等新能源领域,调整赛道。近三年来,伊莱特设备、技术、人才持续升级,产业投资规模达到26亿元,其支承环、轮带、替打环、轴承环等产品在核电、海工等领域创造多项纪录,如今还涉及先进材料领域。

  8月5日,在新建的伊莱特核电深海高端装备科创产业园,牛余刚介绍,“作为传统产业,锻造行业在减少耗材、减少能耗和节约成本上还有很多优化空间。为此,伊莱特重新设计工艺链条,向上游延伸至高端材料制备,规划了核电深海产业园项目,与中科院金属所、山东大学等机构深度合作,努力推动锻造行业各种先进材料、先进工艺、科研成果的产业化培育与落地。”

  在新园区,原有锻造产业的下脚料可以作为材料制备的来源,材料制备后,600℃高温送至锻造车间进行加工。与以往材料外购冷送相比,减少了从室温加热到600℃的能源消耗。同时,通过近净成形、富氧燃烧等技术,大幅度减少了材料、能源消耗和碳排放。

  “近年来,伊莱特专注锻造主业,不断加大研发投入,持续进行产业投资和创新,走出了一条传统产业高新化发展的新路子,为传统企业转型升级提供崭新路径。”济南市工业和信息化局党组书记、局长汲佩德表示,伊莱特的发展成果将进一步激发济南核电产业发展的动力。

责编:

审核:王雨萌

责编:王雨萌

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