國內首次大規(guī)模應用1000兆帕級水電高強鋼
來源：三峽集團 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1000兆帕級水電高強鋼在國內首次成功大規(guī)模應用。該項成果入選國家能源局第五批能源領域首臺（套）重大技術裝備名單（目前已公示結束）。
三峽集團所屬三峽建工聯(lián)合水電產業(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化研發(fā)應用。
不畏浮云遮望眼
鋼材是水電工程建設的核心材料之一。在高海拔、高寒地區(qū)和高水頭、大容量水電工程建設中，對鋼材的強度、塑性、韌性等性能要求更為嚴格。其中引水壓力鋼管、鋼岔管、蝸殼等關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。
在諸多指標中，抗拉強度是衡量鋼材力學性能的核心關鍵。強度越高，代表能夠承受的拉力越大，在遇到高落差水流沖擊時，鋼材表現就越穩(wěn)定。1000兆帕級高強鋼意味著1平方厘米要承受10噸的力。此外，在同等設計工況下，隨著材料強度的增加，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、單機容量42.5萬千瓦，是世界在建額定水頭最高、國內單機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者需要率先解決的難題之一。
三峽集團已在白鶴灘水電站大規(guī)模應用800兆帕級高強鋼?！叭绻赜?00兆帕級高強鋼，為保障工程安全，所用鋼材最大壁厚將達84毫米，差不多成人單手的寬度?！比龒{建工機電技術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1000兆帕級高強鋼，厚度約為54毫米左右，比800兆帕級減厚三分之一?！?/span>
然而水電工程1000兆帕級高強鋼只有日本、歐洲少數國家能夠批量穩(wěn)定生產，國內對1000兆帕級高強鋼配套焊接材料的研發(fā)相對滯后。鋼材、焊材若都依賴進口，價格高昂、供貨周期長等現實困難，直接擋在天臺抽蓄建設者面前。
“國產化！”為打破國外壟斷，天臺抽蓄發(fā)出1000兆帕級水電高強鋼國內首次應用挑戰(zhàn)。
“‘敢闖無人區(qū)、敢啃硬骨頭’一直是三峽人的鮮明特點，我們也責無旁貸。”姚亮說。
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，且國外鋼廠主導了水電行業(yè)高端鋼板技術標準及規(guī)范的制定。高端鋼板成為國內水電工程建設中繞不過去的“卡脖子”技術。
隨著我國水電工程建設事業(yè)的發(fā)展，水電用鋼自主研發(fā)需求越來越迫切。2002年，三峽集團牽頭進行科研攻關，聯(lián)合鞍鋼等上下游單位自主創(chuàng)新，600兆帕級高強鋼成功應用于三峽右岸電站12臺蝸殼，我國水電領域開始規(guī)模使用國產高強鋼板。
2007年開始，國內鋼廠著手研發(fā)水電工程使用800兆帕級高強鋼，同步開展焊接性能研究、第三方焊接工藝評定等，成功實現了800兆帕級高強鋼在烏東德、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用1000兆帕級高強鋼更有底氣。2021年1月，三峽建工聯(lián)合哈爾濱電機、東方電機分別與寶山鋼鐵、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1000兆帕級水電高強鋼，正式開啟國產應用之路。
天臺抽蓄1000兆帕級水電高強鋼應用部位。
“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，也有義務走的更遠?！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
目標確定了，工作就有了方向。但要實現“首次應用”，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參建單位成立科技創(chuàng)新黨員攻關小組，定期召開碰頭會研究解決實際問題。難題在一次次頭腦風暴、激烈討論中逐個破解。
第一個難題是要研制出具有高強度、高塑韌性、抗應變時效脆化特性及優(yōu)良焊接性要求的1000兆帕級調質鋼板。鋼板合金成分設計是研發(fā)關鍵，在以往的試驗中，高碳、高合金含量板坯容易產生星裂與中心偏析，影響鋼板的塑韌性、抗裂止裂特性及抗應變時效脆化特性，同時惡化鋼板的可焊性。
“經過上百次反復試驗，我們發(fā)現采用主合金元素設計的技術路線，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、抗應變時效脆化特性，滿足了高水頭、大HD值電站用超高強度鋼板的要求。”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韌性匹配的窗口，在保障高強度的基礎上成功研發(fā)出高韌性1000兆帕級高強鋼板。
第二個難題則是配套焊材。鋼板成為鋼管、鋼管成為長流道，均需通過焊材進行連接，如果焊材達不到標準，將直接影響壓力鋼管的安全。而國內焊材研發(fā)應用相對滯后，大跨步向前需要有堅實的技術支撐。
“找準焊材與鋼板‘完美’融合的平衡點非常難，需要在等強匹配、等韌匹配、等成分匹配等原則中進行統(tǒng)籌考慮?！眲⑷A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國產配套焊材研發(fā)難題。通過開展1000兆帕級高強鋼板焊接試驗、國產化焊材應用研究與驗證等系列工作，成功研制出符合要求的國產氣保焊焊絲、手工電焊條、埋弧焊絲及焊劑，并首次應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用于工程實際，必須通過試驗驗證。
2024年9月，為驗證國產鋼板、國產焊材、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。
“鋼岔管設計爆破壓力為24.9兆帕，最終爆破壓力為26.5兆帕，達到了預期目標，成功驗證了鋼板和焊材的安全可靠，具備工程實際應用條件?！比龒{建工所屬天臺抽蓄公司副總經理姚亮說，“而且在這次試驗中，我們要求使用手工焊，也為后續(xù)引水隧洞內焊接打下了技術基礎，提供了寶貴經驗?！?/span>
最后一個難題是焊接工藝，也是應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。在攻關焊接工藝評定過程中研發(fā)了氣保焊精準工藝與保護氣體綜合調控技術，在施焊過程中首創(chuàng)現場焊接關鍵參數智能管控系統(tǒng)，工程師可遠程實時監(jiān)控每臺焊機的工作狀態(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延遲裂紋，導致出現爆管問題，造成難以估量的損失。天臺抽蓄高強鋼板應用部位為下斜井下彎段和下平洞，洞內風大潮濕、焊接條件差，容易造成焊縫冷裂傾向增大。
“為保障隧洞內焊接質量，我們先后五次開展手工焊焊評?！彼娛痔炫_抽蓄項目部金結工區(qū)（壓力鋼管制作安裝）項目負責人吉智勇說，“同時每個單元格采用型鋼架、三防布進行裝修，還配置送風機、除濕機、焊煙收集器等設備，為焊接提供良好工作環(huán)境?！?/span>
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“先進集體”接受表彰?！懊恳粭l焊縫都是承諾，每一米鋼管都是責任?！奔怯聢远ǖ卣f。
關關難過關關過。4年多的時間里，天臺抽蓄建設者們攻克一個又一個技術難題，最終實現1000兆帕級水電用高強鋼國內首次成功應用。
“除了總結經驗之外，后續(xù)我們還有很多工作要做。”三峽建工所屬天臺抽蓄公司負責人景茂貴說，“首次應用只是開始，我們有責任為后續(xù)高水頭、大容量抽水蓄能及沖擊式機組提供經驗借鑒，為國家水電開發(fā)重大戰(zhàn)略需求提供技術支撐?！?/span>
浙江天臺抽蓄電站引水隧洞內，監(jiān)理工程師正在進行引水壓力鋼管焊縫檢查。不遠處的地下廠房內，國內首臺單機容量最大抽蓄機組總裝調試緊鑼密鼓開展，為實現年底首機投產發(fā)電目標做充足準備。三峽水電建設者正以“大國重器必須掌握在自己手里”的使命擔當，在抽水蓄能領域繼續(xù)勇攀高峰。
責任編輯：江蓬新
