國內(nèi)首次大規(guī)模應(yīng)用1000兆帕級水電高強(qiáng)鋼
來源：三峽集團(tuán) 時間：2025-09-04 16:09
2025年8月底，浙江天臺抽水蓄能電站2號下平洞壓力鋼管最后一條合攏縫焊接殘余應(yīng)力檢測完畢，1000兆帕級壓力鋼管及鋼岔管安裝工作圓滿完成，實現(xiàn)1000兆帕級水電高強(qiáng)鋼在國內(nèi)首次成功大規(guī)模應(yīng)用。該項成果入選國家能源局第五批能源領(lǐng)域首臺（套）重大技術(shù)裝備名單（目前已公示結(jié)束）。
三峽集團(tuán)所屬三峽建工聯(lián)合水電產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)歷時4年全面完成1000兆帕級特厚鋼板及焊材國產(chǎn)化研發(fā)應(yīng)用。
不畏浮云遮望眼
鋼材是水電工程建設(shè)的核心材料之一。在高海拔、高寒地區(qū)和高水頭、大容量水電工程建設(shè)中，對鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能要求更為嚴(yán)格。其中引水壓力鋼管、鋼岔管、蝸殼等關(guān)鍵核心承壓部件因為受水流沖擊壓力大等因素，對鋼材的要求幾乎可以用“苛刻”來形容。
在諸多指標(biāo)中，抗拉強(qiáng)度是衡量鋼材力學(xué)性能的核心關(guān)鍵。強(qiáng)度越高，代表能夠承受的拉力越大，在遇到高落差水流沖擊時，鋼材表現(xiàn)就越穩(wěn)定。1000兆帕級高強(qiáng)鋼意味著1平方厘米要承受10噸的力。此外，在同等設(shè)計工況下，隨著材料強(qiáng)度的增加，鋼板厚度會減小，可有效降低重要部件重量和焊接工作量，從而縮短施工工期，降低施工成本。
天臺抽蓄下水庫俯瞰圖。
浙江天臺抽水蓄能電站額定水頭724米、單機(jī)容量42.5萬千瓦，是世界在建額定水頭最高、國內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能電站。同時面臨高水頭、大容量的雙重挑戰(zhàn)，如何選擇適配的水電工程用鋼是天臺抽蓄建設(shè)者需要率先解決的難題之一。
三峽集團(tuán)已在白鶴灘水電站大規(guī)模應(yīng)用800兆帕級高強(qiáng)鋼?！叭绻赜?00兆帕級高強(qiáng)鋼，為保障工程安全，所用鋼材最大壁厚將達(dá)84毫米，差不多成人單手的寬度?！比龒{建工機(jī)電技術(shù)中心副主任李海軍向記者介紹，“超厚鋼板會給加工制作帶來許多難題，比如卷板、焊接、運輸、安裝等等。若使用1000兆帕級高強(qiáng)鋼，厚度約為54毫米左右，比800兆帕級減厚三分之一。”
然而水電工程1000兆帕級高強(qiáng)鋼只有日本、歐洲少數(shù)國家能夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)，國內(nèi)對1000兆帕級高強(qiáng)鋼配套焊接材料的研發(fā)相對滯后。鋼材、焊材若都依賴進(jìn)口，價格高昂、供貨周期長等現(xiàn)實困難，直接擋在天臺抽蓄建設(shè)者面前。
“國產(chǎn)化！”為打破國外壟斷，天臺抽蓄發(fā)出1000兆帕級水電高強(qiáng)鋼國內(nèi)首次應(yīng)用挑戰(zhàn)。
“‘敢闖無人區(qū)、敢啃硬骨頭’一直是三峽人的鮮明特點，我們也責(zé)無旁貸?！币α琳f。
回望來時路
長期以來，日本、歐洲部分國家在水電行業(yè)高性能鋼板研制上走在前列，且國外鋼廠主導(dǎo)了水電行業(yè)高端鋼板技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的制定。高端鋼板成為國內(nèi)水電工程建設(shè)中繞不過去的“卡脖子”技術(shù)。
隨著我國水電工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，水電用鋼自主研發(fā)需求越來越迫切。2002年，三峽集團(tuán)牽頭進(jìn)行科研攻關(guān)，聯(lián)合鞍鋼等上下游單位自主創(chuàng)新，600兆帕級高強(qiáng)鋼成功應(yīng)用于三峽右岸電站12臺蝸殼，我國水電領(lǐng)域開始規(guī)模使用國產(chǎn)高強(qiáng)鋼板。
2007年開始，國內(nèi)鋼廠著手研發(fā)水電工程使用800兆帕級高強(qiáng)鋼，同步開展焊接性能研究、第三方焊接工藝評定等，成功實現(xiàn)了800兆帕級高強(qiáng)鋼在烏東德、白鶴灘等巨型水電站上的批量穩(wěn)定運用。
站在前輩的“肩膀”上，浙江天臺抽蓄研制應(yīng)用1000兆帕級高強(qiáng)鋼更有底氣。2021年1月，三峽建工聯(lián)合哈爾濱電機(jī)、東方電機(jī)分別與寶山鋼鐵、南陽漢冶、興澄特鋼及南京鋼鐵簽訂聯(lián)合研發(fā)框架協(xié)議；2023年4月，確定在天臺抽蓄電站“引水系統(tǒng)下斜井下彎段+下平洞壓力鋼管以及引水鋼岔管”等部位采用1000兆帕級水電高強(qiáng)鋼，正式開啟國產(chǎn)應(yīng)用之路。
天臺抽蓄1000兆帕級水電高強(qiáng)鋼應(yīng)用部位。
“很多前輩為我們蹚出了一條光明的道路，讓新一代水電人能夠站得更高，也有義務(wù)走的更遠(yuǎn)?！比龒{建工所屬天臺抽蓄公司工程管理部專業(yè)師劉華青說。
成就容易卻艱辛
目標(biāo)確定了，工作就有了方向。但要實現(xiàn)“首次應(yīng)用”，多個難題接踵而至。
為提高問題解決效率，三峽建工所屬天臺抽蓄公司牽頭相關(guān)參建單位成立科技創(chuàng)新黨員攻關(guān)小組，定期召開碰頭會研究解決實際問題。難題在一次次頭腦風(fēng)暴、激烈討論中逐個破解。
第一個難題是要研制出具有高強(qiáng)度、高塑韌性、抗應(yīng)變時效脆化特性及優(yōu)良焊接性要求的1000兆帕級調(diào)質(zhì)鋼板。鋼板合金成分設(shè)計是研發(fā)關(guān)鍵，在以往的試驗中，高碳、高合金含量板坯容易產(chǎn)生星裂與中心偏析，影響鋼板的塑韌性、抗裂止裂特性及抗應(yīng)變時效脆化特性，同時惡化鋼板的可焊性。
“經(jīng)過上百次反復(fù)試驗，我們發(fā)現(xiàn)采用主合金元素設(shè)計的技術(shù)路線，匹配于微合金元素處理，既能保障鋼具有優(yōu)良的焊接性，又能提高鋼的塑韌性、抗裂止裂性、抗應(yīng)變時效脆化特性，滿足了高水頭、大HD值電站用超高強(qiáng)度鋼板的要求。”寶鋼首席工程師劉自成驕傲地說。
通過優(yōu)化化學(xué)成分配比、改良熱處理工藝等措施方法，工程師們終于找到強(qiáng)韌性匹配的窗口，在保障高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上成功研發(fā)出高韌性1000兆帕級高強(qiáng)鋼板。
第二個難題則是配套焊材。鋼板成為鋼管、鋼管成為長流道，均需通過焊材進(jìn)行連接，如果焊材達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，將直接影響壓力鋼管的安全。而國內(nèi)焊材研發(fā)應(yīng)用相對滯后，大跨步向前需要有堅實的技術(shù)支撐。
“找準(zhǔn)焊材與鋼板‘完美’融合的平衡點非常難，需要在等強(qiáng)匹配、等韌匹配、等成分匹配等原則中進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。”劉華青向記者介紹。
為了解決這一難題，三峽建工所屬天臺抽蓄公司聯(lián)合哈爾濱焊接研究所共同攻關(guān)國產(chǎn)配套焊材研發(fā)難題。通過開展1000兆帕級高強(qiáng)鋼板焊接試驗、國產(chǎn)化焊材應(yīng)用研究與驗證等系列工作，成功研制出符合要求的國產(chǎn)氣保焊焊絲、手工電焊條、埋弧焊絲及焊劑，并首次應(yīng)用于天臺抽蓄電站鋼岔管和壓力鋼管焊接中。
第三個難題是“驗證”。制作出的鋼板和焊材能否應(yīng)用于工程實際，必須通過試驗驗證。
2024年9月，為驗證國產(chǎn)鋼板、國產(chǎn)焊材、配套焊接工藝的安全可靠性，確保1000兆帕級水電鋼能夠大規(guī)模應(yīng)用，三峽建工所屬天臺抽蓄公司牽頭組織開展了模型鋼岔管水壓爆破試驗。
“鋼岔管設(shè)計爆破壓力為24.9兆帕，最終爆破壓力為26.5兆帕，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，成功驗證了鋼板和焊材的安全可靠，具備工程實際應(yīng)用條件?！比龒{建工所屬天臺抽蓄公司副總經(jīng)理姚亮說，“而且在這次試驗中，我們要求使用手工焊，也為后續(xù)引水隧洞內(nèi)焊接打下了技術(shù)基礎(chǔ)，提供了寶貴經(jīng)驗?！?/span>
最后一個難題是焊接工藝，也是應(yīng)用過程中遇到的最大的難題。
在鋼岔管制作上，首次嘗試采用氣保焊焊接工藝。在攻關(guān)焊接工藝評定過程中研發(fā)了氣保焊精準(zhǔn)工藝與保護(hù)氣體綜合調(diào)控技術(shù)，在施焊過程中首創(chuàng)現(xiàn)場焊接關(guān)鍵參數(shù)智能管控系統(tǒng)，工程師可遠(yuǎn)程實時監(jiān)控每臺焊機(jī)的工作狀態(tài)。
在以往的實踐中，國外一些水電工程因鋼板焊接接頭出現(xiàn)延遲裂紋，導(dǎo)致出現(xiàn)爆管問題，造成難以估量的損失。天臺抽蓄高強(qiáng)鋼板應(yīng)用部位為下斜井下彎段和下平洞，洞內(nèi)風(fēng)大潮濕、焊接條件差，容易造成焊縫冷裂傾向增大。
“為保障隧洞內(nèi)焊接質(zhì)量，我們先后五次開展手工焊焊評。”水電十二局天臺抽蓄項目部金結(jié)工區(qū)（壓力鋼管制作安裝）項目負(fù)責(zé)人吉智勇說，“同時每個單元格采用型鋼架、三防布進(jìn)行裝修，還配置送風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、焊煙收集器等設(shè)備，為焊接提供良好工作環(huán)境。”
2025年4月，天臺抽蓄公司組織召開2024年度勞動和技能競賽表彰大會，水電十二局天臺抽蓄項目部作為“先進(jìn)集體”接受表彰?！懊恳粭l焊縫都是承諾，每一米鋼管都是責(zé)任。”吉智勇堅定地說。
關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。4年多的時間里，天臺抽蓄建設(shè)者們攻克一個又一個技術(shù)難題，最終實現(xiàn)1000兆帕級水電用高強(qiáng)鋼國內(nèi)首次成功應(yīng)用。
“除了總結(jié)經(jīng)驗之外，后續(xù)我們還有很多工作要做?！比龒{建工所屬天臺抽蓄公司負(fù)責(zé)人景茂貴說，“首次應(yīng)用只是開始，我們有責(zé)任為后續(xù)高水頭、大容量抽水蓄能及沖擊式機(jī)組提供經(jīng)驗借鑒，為國家水電開發(fā)重大戰(zhàn)略需求提供技術(shù)支撐?！?/span>
浙江天臺抽蓄電站引水隧洞內(nèi)，監(jiān)理工程師正在進(jìn)行引水壓力鋼管焊縫檢查。不遠(yuǎn)處的地下廠房內(nèi)，國內(nèi)首臺單機(jī)容量最大抽蓄機(jī)組總裝調(diào)試緊鑼密鼓開展，為實現(xiàn)年底首機(jī)投產(chǎn)發(fā)電目標(biāo)做充足準(zhǔn)備。三峽水電建設(shè)者正以“大國重器必須掌握在自己手里”的使命擔(dān)當(dāng)，在抽水蓄能領(lǐng)域繼續(xù)勇攀高峰。
責(zé)任編輯：江蓬新
