如今中国在科技方面的发展大家都看得清楚,不过因为起步比人家晚一些,所以在许多领域还与发达国家存在不少差距。
不过呢,中国人身上总带着那股不甘输的韧劲,曾经我们没办法自己生产重型无缝钢管,那些有能力做这事的国家就索要高价,一副横眉冷对的模样。我们当然不愿意当那个冤大头。
被人家在技术上卡脖子,那真是让我难受得不行,所以360工程就此应运而生。在北重集团的带领下,联合了几十个研究单位,花了三年时间终于搞定了这个难题,把欧美势力一下子搞得呆若木鸡!
垄断之痛
大口径厚壁无缝钢管看起来挺普通的,但实际上却是支撑核电、超超临界火电、石油化工等国家重大工程的“血脉”。它的直径能达到一米,壁厚超过十厘米,能够在千度高温和高压的环境下稳稳地运行。这种先进的管材制造,得靠万吨级的垂直挤压机,在极端情况下,把钢坯一次挤压成型,哪怕一点点的偏差都可能让整根管子废掉。
到了上世纪末到本世纪初,全球范围内只有美国掌握着3.15万吨级的垂直挤压机,这台设备成为当时技术的最高峰。欧美企业利用其垄断地位,对中国采取了严密的技术封锁,不仅拒绝分享任何核心资料,连操作手册都被严格保密得死死的。
要在中国获得这种重要的管材,只能选择高价进口,起码一根标准规格的管子就得五万美元起步,还得接受一些特别苛刻的附加条件——比如绝不能拆解、逆向工程不能研究,甚至还得提前半年把全款付清排队等货。
大约在2000年前后,国内大量引进超临界火电机组,管道系统全都得靠进口。一场中亚地缘冲突把海运线路堵死,进口管材一下子库存告急,好几座电厂的建设项目都被搁置,短短三个月就损失上亿;和这个情况类似,秦山核电等项目也遇到过,国外供应商总拿“技术升级”为由,延迟交货,不得不让中方接受涨价的条件。
国内的企业曾试图用小型轧机来仿制,但成品率就只有20%左右,制造出来的管材壁厚不均匀,耐压能力也远远达不到标准,X光检测时还能看到裂纹满布。仓库里堆着很多进口管材,标签全是英文的,工人在搬运时必须穿专用手套,以防生锈,更不用说碰接头部分了。据统计,那时候我们每年进口这种管材要花费几十亿美元的外汇,下游的火电行业成本因此增加了大约5%,而且石油化工项目的建设周期也普遍拉长了3到6个月。
三年攻坚
在2005年,科技部把大型垂直挤压机的技术列为重点攻关项目,北方重工凭借扎实的军工基础和重型装备制造经验,被确定为这个项目的主导单位。到2006年,“360工程”正式启动,总投资达到十亿人民币,主要目标是研发出能制造3.6万吨级垂直挤压机,这个规格远远超过目前美国的设备水平,意味着中国得从零开始,没有任何直接参考资料。
项目刚一启动,西方媒体普遍不看好,曾有《华尔街日报》发文说“中国没有制造超大型铸件的工业基础,纯度和精度都达不到标准,这个项目注定要失败”。事实也有一定的道理,单是设备核心的1500吨机架铸件,就给团队带来了头一份难题。
第一次浇铸的钢水冷却后,用超声检测一查,满是裂纹,蜂鸣器不停地警报。技术团队反复调节镍铬合金的比例,还不断优化浇铸的温度曲线,前面四次试铸都没成功,车间里堆积的废料大概有几十吨。经过不断创新,比如采取分段保温、缓慢冷却的工艺,终于成功制造出了合格的铸件,光这一块就折腾了整整八个月。
没有海外技术资料可以借鉴,团队只好翻阅那些尘封已久的俄文旧冶金书籍,寻找基础力学的公式,然后用电脑重新推算相关参数,再用物理模型一一验证。
整个项目划分为铸造、液压和控制系统三个主要技术方向,差不多百名工程师分成三班倒,在车间一侧搭建临时办公室,全天候轮班奋战。在设备组装这块,总重量达3.6万吨的零件需要精准拼接,光液压管路就有上千根,一次接头封不严漏油的话,还得拆掉法兰重新涂胶,反复调试好几十遍才算搞定。
最难搞的事情就是那千吨级的零部件进行180度翻转,全球当时都没有现成的技术方案。团队先用木头模型试试,结果架子一下子就崩裂了;后来换成钢梁搭建支撑结构,配合液压缸同步施力,试了三次模拟才找到那个平衡点,最后把误差控制在毫米级。光靠这项创新,光节省安装费用就有两百万呢。
2009年7月13日,设备进行了第一次热试,活塞带着千吨的压力向下压,车间里高温钢坯在模具中变形的轰鸣声此起彼伏。产出了一根直径508毫米的管材,成品顺利出来了。经过X光检测,没有发现任何内部缺陷,成品率一下子就达到了80%,这个数字远远高于欧美企业的平均水平。
由中国兵器的首席科学家雷丙旺带领的团队,在攻关过程中攻克了空心芯棒锻造的难题,成功实现了6000毫米长坯料一次性成型,材料的利用率提升了15%。他们研发出的P92耐热合金管材,加入钒钼元素后,耐温能力提升到1200度,完全满足超超临界机组的需求。
2010年5月,一个国际知名机构对设备进行了液压检验,检测结果显示各项指标都达到了标准。在现场的美国专家反复查看报告,确认无误后,签署了验收协议——也就是说,这台世界最大吨位的垂直挤压机,正式实现了国产!
格局重塑
3.6万吨垂直挤压机一投产,北方重工很快就建立起年产5万吨高端管材的生产能力,年收入达到了25亿元。跟进口的产品比起来,国产管材的成本下降了大半,价格也就只有进口价的四分之一,一根同样规格的管材价格从五万美元降到了十万美元。这一下子就改变了市场的格局,之前态度挺硬的欧盟供应商也不得不把报价压低10%,但早已无法挽回失去的市场份额。
国产管材最早用在秦山核电项目,焊接完毕后,经国际权威机构检测,焊缝没有一点瑕疵,完全达到了安全要求。在华能集团的超超临界火电机组招标中,北方重工赢得了80%的订单,让整个项目的建设时间缩短了一个多月。
在石油化工行业,国产耐蚀炉管开始应用之后,炼厂设备的故障发生率下降了大约30%,维护花费也减了一半左右。更关键的是,每年能节省上百亿美元的外汇支出,这一举措,彻底打破了对高端管材进口的依赖,被动局面也因此得以改善。
技术上的重大突破很快引发了一连串的连锁反应,整个产业链都在悄然变化。比如风电塔筒连接管的价格下降了20%,这就带来了风电工程建设成本的明显降低;在军工方面,导弹壳体实现了自主生产,成为装备国产化的重要支撑。2013年,北方重工的管材首次出口到东南亚,在港口装载集装箱时,海关人员特别检查了产品的认证资料,一看到一整套中文检测报告,忍不住感慨:中国的高端制造,真是来了!
这项技术成果还得到了官方的认可,2024年度内蒙古自治区科学技术奖励名单中,北重集团的“大型难变形金属制件重型挤压制造关键技术与应用”项目荣获了科学技术进步奖一等奖。
鉴定意见明确指出,该项目整体技术水平达到了国际先进阶段,其中钛合金和不锈钢大口径管材近似等温重型挤压成型技术处于国际前列。依靠这一核心技术,北重集团被评为“国家制造业单项冠军”企业,近三年来在新增超超临界机组管材市场中的份额超过85%。
技术还在不断升级,到了2020年,河北投入使用了一台更先进的5万吨级垂直挤压机,开口达到了8.5米,比之前的3.6万吨机大得多,性能有了相当明显的提高。
现如今,中国高端厚壁无缝钢管的国产比例已经达到了95%,进口量也减少到几千吨级别,不过占国内市场的5%。在国际高端装备制造的论坛上,欧美企业都提议联手研发,但中方团队则坚持走自主创新的道路,专注提升自有技术,稳稳占据领先位置。从曾经被“一根钢管”卡脖子的局面,到如今成为全球技术的标杆,“360工程”的突破不仅代表一个项目的成功,更展现了中国制造自我创新的生动写照。