金天新材:核电级钛焊管实现国产化

2021年09月09日 9:9 4229次浏览 来源: 中国日博娱乐报   分类: 钛资讯   作者:

导读: 具有自主三代核电的“华龙一号”作为中国核电走向世界的国家名片,设备国产化率上升到了88%,这一数字背后凝聚着上下游产业链5000多家企业的协同攻关。其中,湖南湘投金天新材料有限公司(以下简称“金天新材”)成功突破国外对核电凝汽器用钛焊管的技术垄断和市场封锁,并于2020年11月入选国家级专精特新“小巨人”企业。近日,笔者走进这支平均年龄39.5岁的核级钛焊管国产化团队,一窥核电站作为世界上最复杂的能源系统国产化道路之曲折。

具有自主三代核电的“华龙一号”作为中国核电走向世界的国家名片,设备国产化率上升到了88%,这一数字背后凝聚着上下游产业链5000多家企业的协同攻关。其中,湖南湘投金天新材料有限公司(以下简称“金天新材”)成功突破国外对核电凝汽器用钛焊管的技术垄断和市场封锁,并于202011月入选国家级专精特新“小巨人”企业。近日,笔者走进这支平均年龄39.5岁的核级钛焊管国产化团队,一窥核电站作为世界上最复杂的能源系统国产化道路之曲折。

卡住核电装备“脖子”的关键材料

钛焊管是核电汽轮机凝汽器的核心材料,主要用于核电站常规岛的冷却系统,运行原理跟空调相同,但对于介质的要求完全不一样。

1台核电机组里,有10万多支钛焊管密密麻麻严阵以待。1支核级钛焊管,长度约18米,相当于6层楼高,直径却只有2.1厘米,就像矿泉水瓶盖的大小,厚0.5毫米,与手指甲盖厚度相当。如果把这些管子连接起来,长度接近2000公里。它们不允许有任何缺陷和泄露,而且使用寿命要保持至少30年。

出厂前,这些钛焊管要经过各种各样严格的检验和检测,包括化学成分分析、尺寸精度、力学性能、硬度、焊缝宏观、残余应力分析、涡流检测、超声波检测、表面铜离子浓度检查、水压检测等。为了通过这些严苛的检测,上游“钛矿-海绵钛-熔炼-锻造-热轧-冷轧-带卷成型-焊管焊接”等整个产品生产环节都分别对应着各种高标准要求。

“简而言之,核级钛焊管各项指标都比常规的钛焊管标准严格1倍以上,对品质要求非常苛刻,在行业里应该是金字塔顶端的要求。”金天新材董事长彭丹告诉笔者,如果钛焊管出现缺陷和裂纹等导致泄露,核电设备就要停机,造成的经济损失每天以数千万元计算。

10多年前,中国没有自主知识产权的钛焊管。美国、日本、欧洲等发达国家和地区垄断的不仅是其关键制备技术,还垄断着上游的原材料——钛带卷。“核级钛焊管能否成功,超过50%的因素取决于原材料。当时国外卖给中国,原材料比钛焊管的售价还要高,以价格倒挂,制约中国企业,即便做成钛焊管也没有市场竞争力。”彭丹回忆,当时,日本钛焊管约80%的市场都在中国的核电领域,所以价格卖得很高;而中国进口钛焊管,不仅价格高,且订货周期至少2-3年以上,还会遭遇拖延交货时间的情况。

橄榄枝+倾销式打压 冲破国际封锁

为了突破国外对高端钛材的技术垄断,湖南湘投控股集团着力发挥国有资本服务实体产业的重要作用,10余年来,累计投入数十亿元,以金天新材的母公司湘投金天科技集团为平台,对标国际一流,布局钛的全产业链,着力攻克钛带卷、钛焊管的国产化难题,从2008年钛焊管立项开始,就瞄准了被“卡脖子”的核电市场。

20113月,日本福岛核电站发生事故,中国的核电建设按下“暂停键”。然而,金天新材并没有停滞,而是紧密跟踪中国核电市场,并开始转向通过火电、海水淡化、空冷等领域的国产化探索,从中国的第一台火力发电用的钛焊管,到第一台海水淡化的超薄钛焊管……陆续在多个领域实现突破。而这一切,都在为挑战核电级别工程做技术储备和实力积淀。

“虽然是进口的生产线设备,但是日本以及欧美的发达国家对我们搞技术封锁,不会把关键技术和最先进的设备卖给我们,我们在熟悉设备的同时,立即开始自主研发关键技术,通过自主创新和技术改造使得进口生产线真正成为世界一流的钛焊管设备。”彭丹回忆道,此后,日本企业先是抛来“橄榄枝”,试图收购金天新材,未果之后,则改为倾销式打压。价格战一路从40多万元/吨、38万元/吨到原来价格的三分之一。幸而,金天新材在积极进行全球战略布局的同时,从降本增效着手坚持市场化竞争。

随着钛焊管国产化,日本、欧洲的老牌企业逐步退出钛焊管产业,这进一步提升了中国钛材精深加工产业的国际地位。目前,日本、美国、欧洲都需从中国特别是金天新材采购高性能钛焊管,未来核电项目也将逐步从中国采购。

彭丹说,按照1台百万千瓦核电机组核算,对耐蚀钛换热管的需求约230吨,相比进口价格高峰时,1台百万千瓦机组节省投资就达1亿元以上,全面国产化能节省数十亿元人民币,并且能带动上下游相关配套的产业发展。由此推算,金天新材冲刺全球第一大钛焊管专业制造商,近在咫尺。

湖湘精神谱匠心 攻克国产核级钛焊管生产难关

“不能说喜欢,应该说是热爱。”当别人问道是否喜欢这份工作时,刘文韬如是说。刘文韬30岁出头,是金天新材生产部副线长,在他爽朗而清新的笑声里,笔者能感受到他对机械制造的情愫。据他的同事们说,不管有多晚,不管在不在工厂,生产上遇到问题,一个电话呼叫,刘文韬都会第一间赶到现场。实际上,没有热爱和执着,在精益求精的生产中,是难以坚持下来的。

2015年接到能源局国家重大专项《大型先进压水堆及高温气冷堆核电站》《中核电热交换器用高性能耐蚀换热管国产化研制与产业化示范》项目,金天新材第一时间成立“华龙一号凝汽器用钛焊管国产化项目”团队,分成轧辊与成型、焊接与检测、材料与传热研究三个小组协同攻关。

“当初得知安排在我负责的生产线上做核电项目钛焊管的时候,第一感觉是压力巨大,生产的管子绝对不能有任何质量问题。我跟我的团队都必须拿出十二分精神,拿出每个人最大的能力来把管子做好。”刘文韬这样回忆当时的紧张心情。团队第一时间对生产线进行了全面的排查、维护保养。生产的时候,每一项操作,都会形成一个生产记录,跟管子的寿命一样保存在册30年以上,做到质量永久可追溯。

核级钛焊管的材质、力学性能、弹性模量等与一般钛焊管完全不同,制备工艺都需要重新再摸索,寻找最佳状态。一步又一步,一关又一关,研发团队用两年时间啃下了轧辊成型技术“硬骨头”。

技术部副经理张望成是这支队伍中唯一的90后硕士,讲起核级钛焊管,他滔滔不绝。他告诉笔者,为了弄清并解决一个个技术难点,同事们经常凌晨两三点还在车间奋战。“有一天我们做管子的时候,管子突然开裂。是焊接参数不对,焊接电流大,还是原材料有夹杂,成型时没有成型好……”张望成记得很清楚,为了追根溯源,三个小组在一起开会研究,然后逐一验证,反复调整参数、轧辊,然后再去研究材料的性能,很是繁琐。经过很多次尝试和实验才解决了这个问题。

15位实干的青年团结一心,不谈条件,并肩奋斗,攻克、优化了一个个技术指标。在今年湖南省庆祝“五一”国际劳动节暨先进集体先进个人表彰大会上,这支团队被授予“湖南省工人先锋号”荣誉。

央地携手再攻难关 攀上核电级钛焊管高峰

2019年,金天新材得到多方认可,开展“华龙一号”高性能耐蚀钛焊管项目的研发和承制。2020年,金天新材成为“华龙一号”首台套凝汽器用高性能钛焊管产品的承制单位。至此,我国第三代核电主流堆型凝汽器用钛焊管已经开始全面国产化,金天新材助力中国核电强国走出国门。

目前,该核级钛焊管项目已经申请国家专利22项,国家核电领域相关产业技术标准9项,关键核心工序形成了专有知识产权。

“金天新材作为一家地方国企,具有担当和使命意识,解决了我国核电高端装备用关键材料‘卡脖子’问题,这是核电关键设备材料国产化、自主化的重要组成部分,是核电国产化进程中具有里程碑意义的重大事件。”202011月,80多岁高龄的中国工程院院士、核反应堆及核电工程专家叶奇蓁在“华龙一号”首台套凝汽器用高性能钛焊管国产化开工见证会上指出。

据了解,金天新材后续将通过技术改造升级,提高效率,力争在国际市场做精做强的道路上实现从并跑到领跑。

攀登上核级钛焊管这座高峰,湘投金天科技集团并不满足于此。“下一步,我们将致力打破核电板式换热器用钛板带被国外企业垄断、长期依赖进口的局面。”据彭丹介绍,板式换热器不仅用在核电站的常规岛,还用在核岛内,对安全性要求更高,目前,核电板换用的高性能钛带卷仍然主要被日本、美国所垄断。湖南湘投金天钛金属股份有限公司、中国核电工程公司以及兰州兰石换热设备公司等多方自2019年协作开展科研攻关,目前,已经完成了多项核心工艺技术攻关,生产的核电板式换热器用高性能钛板带通过了成分、性能、耐蚀、耐冲刷等检测和装机应用验证,并通过了核电行业《核电板式换热器用高性能钛板带国产化研制》的专家鉴定,有望在年内实现首个订单。

责任编辑:杨一鸣

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