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

裝備制造業是為國民經濟發展和國防建設提供技術裝備的基礎性產業。我國裝備制造業經過50多年的發展，取得了令人矚目的成就，形成了門類齊全、具有相當規模和一定水平的產業體系，成為我國經濟發展的重要支柱產業。特別是近幾年來隨著能源領域重大裝備的迅猛發展，裝備制造業亦發生了翻天覆地的變化。首先是大型鍛造壓機的規模與數量不斷攀升，其次是鍛件制造工藝技術與水平持續創新，一個又一個世界之最的問世開始讓全球從業者對中國的裝備制造業刮目相看！無數雙睿智而驚異的目光已經在聚焦中國的裝備制造業，下一輪創新將會是什么？

如果說上一輪創新注重的是單體規模的大型化及一體化，那么未來的創新將會是個性化與精細化，是從外在的改變走進內在的革新。十幾年來，在能源裝備日益發展的推動下，鍛件規模與內部質量不斷被提升，而冶煉與成形設備的制約催生了鍛件制造工藝的創新，這種現象在《超大型核電鍛件綠色制造技術》一書中得到了充分的體現。然而發展的可持續化造就了創新的永無止境，走過了大型化與一體化創新之路的鍛件，下一步將會是形狀上的個性化與精細化、材料上的高合金化、質地上的強韌化與高密化。要實現這些創新，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。

宏潤核裝自主設計制造的5萬噸垂直擠壓機組正是這種超級裝備的代表。這臺以擠壓成形為主的壓機主要用于大口徑厚壁與特殊合金無縫鋼管的生產，投產5年以來，已成功生產出直徑1320mm、壁厚200mm、最長達12米的巨型無縫鋼管。而5萬噸垂直擠壓機組的另一個重要應用，是充分利用普通自由鍛液壓機制坯上的優勢，采用鍛擠結合工藝，開發大型高端異形鍛件。與普通的熱模鍛相比，這種鍛擠結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、更均勻更致密的內部質量，此外較高的成形速度使得模具壽命更高、修模頻率更低、生產效率更高。因此，就像鍛軋組合一樣，鍛擠組合新工藝具有強大的生命力與應用前景，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。

正是預見到了大型高端鍛件這新一輪創新發展的方向，5年來宏潤核裝在以核電為主的能源領域，利用5萬噸垂直擠壓機組進行了一系列全纖維流線的高品質大型鍛件的研發與創新工作。

核電產品研發

⑴核電主泵泵體的熱擠壓成形研發。

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

⑵CAP1400主蒸汽超級管道的自主化研制。

CAP1400壓水堆核電機組是我國三代核電技術自主創新的標志，是國家立項全球最大核電站示范工程的專項課題。

⑶小堆、低溫堆和船用浮動堆用核反應堆與主堆殼體集成裝置研發。

通過采用鍛擠成形技術，實現上述裝置的一體化一次性成形，取消異形焊縫的同時將環焊縫減少到一條。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。

作為課題責任單位，在完成國家04重大專項《核電大型復雜管件關鍵制造工藝及應用研究》課題的基礎上，在5萬噸擠壓機上完成了AP1000主管道熱段整體一次成形的比例試驗。

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

計算機數值模擬表明，這種規模的管道和Y型三通只有在5萬噸擠壓機上才能夠實現全纖維成形。

⑹帶接管的整體封頭研究。

未來幾年，公司將發揮5萬噸擠壓機獨特的優勢，在核電用整體封頭近凈成形方面進行創新。

⑺其他核電產品。

在完成上述核一級產品研發的同時，公司在核二級鋼管與管件產品制造方面已有十余年生產業績，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（圖2）。

圖2 G115大口徑650℃高溫鋼管

與上海寶鋼特鋼合作，共同開發的650℃電站用G115無縫鋼管將進一步加快進口P92鋼管的替代進程。

⑵700℃鎳基合金鋼管開發（圖3）。

圖3 鎳基合金鋼管

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

其他產品研發

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。公司已成功開發出艦船用鈦合金球形容器。

⑶大型船用S90曲軸開發（圖4）。

圖4 大型船用S90曲軸拐

由于目前國內生產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，進口比例較大，有些型號的大型曲軸甚至全部進口。為此國家正在全力推進大型船用曲軸國產化。公司研發的大型船用曲軸擠壓成形工藝可節約材料40%左右。

⑷閥門體與斜三通的開發（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5萬噸擠壓機組，采用鍛擠結合工藝將原有自由鍛造成形的大口徑閥門體創新為擠壓成形，鍛件重量從10t降至4t，節約材料60%。

圖5 閥門體與斜三通

憑借著5萬噸垂直擠壓機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勢，公司與國內多家企業和科研院所進行合作，聯合攻關，著眼于未來高端鍛件發展方向，秉承“發展創新、追求卓越”的精神理念，致力于通過技術、產品和工藝創新推動企業可持續發展。在此基礎上，變被動創新為引領創新，從而帶動行業技術水平的整體提升，提高中國在世界裝備制造領域的地位，使中國擁有更多更權威的話語權。

5萬噸垂直擠壓機組的自主設計與制造，特別是投產后大型高端鍛件的研制歷程，讓我們充分認識到高端產品的誕生需要超級裝備做保障，但更需要科技的創新與管理的精細，“天下大事必作于細”。展望未來，公司將繼續發揮幾十年來積累的人才優勢、裝備優勢、技術優勢和已開發的多種新產品優勢，高瞻遠矚，潛心研發，全力開發高端產品市場、核電產品市場和軍品市場，揚長避短，做精做細，走持續創新發展之路，努力將公司打造成行業中的佼佼者。