記者蹲點·山東好品看創(chuàng)新②丨鐵匠之鄉(xiāng)打出“世界第一環(huán)”
來源：大眾網(wǎng) 發(fā)布時間：2022-08-17 23:13:53
屢上熱搜的“世界第一環(huán)”下高速后，11日從濰坊港乘船出發(fā)。這個產(chǎn)自鐵匠之鄉(xiāng)章丘的大家伙，有著怎樣的前生今世，近日，記者走進廠區(qū)，帶來了最全探訪。
“世界第一環(huán)”這樣鍛成
記者段婷婷
被吉尼斯世界紀錄認證的全球最大環(huán)軋鋼環(huán)，8月5日從濟南發(fā)運。路上，這個直徑15.673米、通體無一道焊縫的“世界第一環(huán)”，乘著106個車輪的專用車，獨占了高速公路四條車道。
這是用于我國某四代核電機組上的核電支承環(huán)，誕生在濟南市章丘區(qū)一家民營企業(yè)——伊萊特能源裝備股份有限公司。發(fā)運現(xiàn)場，一位工人放聲高歌：“咱們工人有力量……”
把合金元素“揉”均質(zhì)
在伊萊特，大家喜歡叫核電支承環(huán)為“乾坤圈”，不僅因其個頭和重量，還因為它“神力”無窮。它被用于承載核電機組堆容器7000噸的重量，相當(dāng)于頂著100節(jié)車廂組成的動車組。
作為核電機組部件，一旦安裝，整個機組服役周期內(nèi)無法更換。為此，“乾坤圈“采用一體成形。“焊縫存在安全隱患，因此‘乾坤圈’近50米的周長上，沒有一道焊縫。”伊萊特董事長牛余剛介紹，同類產(chǎn)品國外都是做成6－8瓣弧形部件，然后拼焊在一起。由于核電站對安全性要求極高，如果能制造出一體成形沒有焊縫的部件，對核電站的安全性肯定是一個重大的加分項。
“要鍛造無縫‘乾坤圈’，就需要一塊更大的坯料。”伊萊特技術(shù)研發(fā)中心副總經(jīng)理銀偉介紹，傳統(tǒng)上，制造大型鍛件的思路都是“以大制大”，也就是要做一個大鍛件，就得先用鋼水澆注出一個更大的鋼坯。但是，澆注大鋼坯并不簡單。
“規(guī)格越大的材料，偏析越嚴重。”銀偉解釋，所謂“偏析”，就是在鋼水澆注鋼坯的冷卻凝固過程中，本來在鋼水中均勻分布的各類合金元素變得不均勻了，就像一塊沒有和好的面團，有的地方鹽少，有的地方鹽多，這樣的面團做出來的餅肯定咸淡不一。對應(yīng)到工程上，就是發(fā)生偏析位置的力學(xué)性能，無法滿足技術(shù)要求，導(dǎo)致材料使用壽命變短。
為解決這一問題，伊萊特采用了中科院金屬所李依依院士提出的金屬構(gòu)筑成形技術(shù)。這種技術(shù)是像磚頭砌墻一樣，用尺寸較小、冷速較快的金屬坯作為基元，一層一層疊加起來，放入真空環(huán)境，將金屬坯封焊起來然后加熱至高溫進行反復(fù)大變形，就像揉面一樣，使金屬坯之間的界面完全結(jié)合在一起，變成一塊合金元素均質(zhì)的大型鋼坯。“有人可能擔(dān)心，這樣做出來的鋼坯會不會像千層餅一樣，一撕就開了。”銀偉說，答案是否定的，因為在高溫大變形的作用下，金屬界面處會積累大量的形變儲能，激發(fā)劇烈的原子擴散和動態(tài)再結(jié)晶，從而將本來分離的金屬牢固地結(jié)合在一起。
1000多個日夜的反反復(fù)復(fù)
金屬構(gòu)筑成形理論能夠從實驗室走進伊萊特的車間，要從2015年說起。
當(dāng)時，牛余剛正考慮籌建大鍛件事業(yè)部，引進一條直徑12米軋環(huán)生產(chǎn)線。為了加強研發(fā)力量，他找到了李依依院士，希望能在伊萊特建院士工作站。在此過程中他得知，國家正在推進的某重大核電專項，需要一個直徑約16米的超大型部件。
設(shè)備只是增大了1/3的加工能力，投資卻從3億元飆升至6億元，這對伊萊特來講不是小數(shù)目。并且，接近16米的軋環(huán)項目在國際上沒有先例，能否成功且不說，就算成功了，這類產(chǎn)品一兩年也未必有一個訂單。
當(dāng)時很多人覺得不可行。面對質(zhì)疑，牛余剛對公司高管們說：“咱們打了一輩子鐵，過去是為了掙倆錢?，F(xiàn)在趕上國家有這樣的項目，我們要是不加上這4米，得后悔一輩子。”
于是，項目很快啟動。伊萊特緊鑼密鼓建設(shè)廠房、安裝設(shè)備，李依依院士團隊的成員搬進廠區(qū)。2016年初開始，從直徑2米的規(guī)格開始試制，一點點放大。
制造核電支承環(huán)的“配方”涉及20多種不同的化學(xué)元素，多種元素配比精確到小數(shù)點后四位。此外，鍛造過程對溫度和時間把控極嚴，稍有不慎就可能導(dǎo)致工件內(nèi)部晶粒粗大，產(chǎn)品性能下降，整個項目前功盡棄。
一次次失敗，一次次重來，1000多個日夜，反反復(fù)復(fù)優(yōu)化工藝、調(diào)整參數(shù)、專家論證。
2019年3月12日，首件1：1真實材料試驗件開始軋制。現(xiàn)場氣氛緊張極了，直到對講機里傳出聲音：“可以了可以了，準備吊鉤！”那一刻，現(xiàn)場所有人歡呼起來，牛余剛卻忍不住嚎啕大哭，三年來的壓力瞬間釋放。
此后，專家們對試驗件進行了破壞切割，嚴格測試與評估，最終下達了正式部件的制造許可。2019年9月和10月，兩件核電支承環(huán)分別交付發(fā)運。
今年2月，伊萊特再度拿到兩件核電支承環(huán)訂單。“2號‘乾坤圈’生產(chǎn)過程中恰逢濟南最熱的時候，‘乾坤圈’本身1000多℃，我們的車間工作人員一天要換五六身衣服。”伊萊特技術(shù)研發(fā)中心副總趙麗美說，“我記得‘乾坤圈’鍛造時，一位工人穿著隔熱服，休息時把帽子從頭上拿下來的瞬間，汗水從里面嘩啦啦倒了出來。”此次用時5個半月，兩件核電支承環(huán)便順利完工。
傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高新化發(fā)展
支承環(huán)代表了核電鍛件的最高技術(shù)水準，而伊萊特是目前世界上唯一能夠鍛造這么大支承環(huán)的企業(yè)。
創(chuàng)辦于上世紀70年代的伊萊特，曾是一家村辦鍛造廠。2000年改制以后，伊萊特瞄準風(fēng)電、核電、海電等新能源領(lǐng)域，調(diào)整賽道。近三年來，伊萊特設(shè)備、技術(shù)、人才持續(xù)升級，產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模達到26億元，其支承環(huán)、輪帶、替打環(huán)、軸承環(huán)等產(chǎn)品在核電、海工等領(lǐng)域創(chuàng)造多項紀錄，如今還涉及先進材料領(lǐng)域。
8月5日，在新建的伊萊特核電深海高端裝備科創(chuàng)產(chǎn)業(yè)園，牛余剛介紹，“作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，鍛造行業(yè)在減少耗材、減少能耗和節(jié)約成本上還有很多優(yōu)化空間。為此，伊萊特重新設(shè)計工藝鏈條，向上游延伸至高端材料制備，規(guī)劃了核電深海產(chǎn)業(yè)園項目，與中科院金屬所、山東大學(xué)等機構(gòu)深度合作，努力推動鍛造行業(yè)各種先進材料、先進工藝、科研成果的產(chǎn)業(yè)化培育與落地。”
在新園區(qū)，原有鍛造產(chǎn)業(yè)的下腳料可以作為材料制備的來源，材料制備后，600℃高溫送至鍛造車間進行加工。與以往材料外購冷送相比，減少了從室溫加熱到600℃的能源消耗。同時，通過近凈成形、富氧燃燒等技術(shù)，大幅度減少了材料、能源消耗和碳排放。
“近年來，伊萊特專注鍛造主業(yè)，不斷加大研發(fā)投入，持續(xù)進行產(chǎn)業(yè)投資和創(chuàng)新，走出了一條傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高新化發(fā)展的新路子，為傳統(tǒng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供嶄新路徑。”濟南市工業(yè)和信息化局黨組書記、局長汲佩德表示，伊萊特的發(fā)展成果將進一步激發(fā)濟南核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力。
責(zé)任編輯：封曉健
