記者蹲點(diǎn)·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(shí)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(gè)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(jìn)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(jì)錄認(rèn)證的全球最大環(huán)軋鋼環(huán)，8月5日從濟(jì)南發(fā)運(yùn)。路上，這個(gè)直徑15.673米、通體無一道焊縫的“世界第一環(huán)”，乘著106個(gè)車輪的專用車，獨(dú)占了高速公路四條車道。
這是用于我國某四代核電機(jī)組上的核電支承環(huán)，誕生在濟(jì)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(yùn)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(gè)頭和重量，還因?yàn)樗?ldquo;神力”無窮。它被用于承載核電機(jī)組堆容器7000噸的重量，相當(dāng)于頂著100節(jié)車廂組成的動(dòng)車組。
作為核電機(jī)組部件，一旦安裝，整個(gè)機(jī)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(duì)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(duì)核電站的安全性肯定是一個(gè)重大的加分項(xiàng)。
“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(gè)大鍛件，就得先用鋼水澆注出一個(gè)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(yán)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(tuán)，有的地方鹽少，有的地方鹽多，這樣的面團(tuán)做出來的餅肯定咸淡不一。對(duì)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(jìn)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(huì)不會(huì)像千層餅一樣，一撕就開了。”銀偉說，答案是否定的，因?yàn)樵诟邷卮笞冃蔚淖饔孟?，金屬界面處?huì)積累大量的形變儲(chǔ)能，激發(fā)劇烈的原子擴(kuò)散和動(dòng)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(gè)日夜的反反復(fù)復(fù)
金屬構(gòu)筑成形理論能夠從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)伊萊特的車間，要從2015年說起。
當(dāng)時(shí)，牛余剛正考慮籌建大鍛件事業(yè)部，引進(jìn)一條直徑12米軋環(huán)生產(chǎn)線。為了加強(qiáng)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(jìn)的某重大核電專項(xiàng)，需要一個(gè)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(duì)伊萊特來講不是小數(shù)目。并且，接近16米的軋環(huán)項(xiàng)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(gè)訂單。
當(dāng)時(shí)很多人覺得不可行。面對(duì)質(zhì)疑，牛余剛對(duì)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(xiàng)目，我們要是不加上這4米，得后悔一輩子。”
于是，項(xiàng)目很快啟動(dòng)。伊萊特緊鑼密鼓建設(shè)廠房、安裝設(shè)備，李依依院士團(tuán)隊(duì)的成員搬進(jìn)廠區(qū)。2016年初開始，從直徑2米的規(guī)格開始試制，一點(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)后四位。此外，鍛造過程對(duì)溫度和時(shí)間把控極嚴(yán)，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(gè)項(xiàng)目前功盡棄。
一次次失敗，一次次重來，1000多個(gè)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(shí)材料試驗(yàn)件開始軋制?，F(xiàn)場氣氛緊張極了，直到對(duì)講機(jī)里傳出聲音：“可以了可以了，準(zhǔn)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(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行了破壞切割，嚴(yán)格測試與評(píng)估，最終下達(dá)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(yùn)。
今年2月，伊萊特再度拿到兩件核電支承環(huán)訂單。“2號(hào)‘乾坤圈’生產(chǎn)過程中恰逢濟(jì)南最熱的時(shí)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(shí)，一位工人穿著隔熱服，休息時(shí)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(shí)5個(gè)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(zhǔn)，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(jì)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(zhǔn)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(jí)，產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模達(dá)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(xiàng)紀(jì)錄，如今還涉及先進(jìn)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(jì)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(xiàng)目，與中科院金屬所、山東大學(xué)等機(jī)構(gòu)深度合作，努力推動(dòng)鍛造行業(yè)各種先進(jìn)材料、先進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(jìn)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(jí)提供嶄新路徑。”濟(jì)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(jìn)一步激發(fā)濟(jì)南核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。
責(zé)任編輯：封曉健
