具有自主三代核電的“華龍一號”作為中國核電走向世界的國家名片，設備國產(chǎn)化率上升到了88%，這一數(shù)字背后凝聚著上下游產(chǎn)業(yè)鏈5000多家企業(yè)的協(xié)同攻關。其中，湖南湘投金天新材料有限公司（以下簡稱“金天新材”）成功突破國外對核電凝汽器用鈦焊管的技術(shù)壟斷和市場封鎖，并于2020年11月入選國家級專精特新“小巨人”企業(yè)。近日，筆者走進這支平均年齡39.5歲的核級鈦焊管國產(chǎn)化團隊，一窺核電站作為世界上最復雜的能源系統(tǒng)國產(chǎn)化道路之曲折。
卡住核電裝備“脖子”的關鍵材料
鈦焊管是核電汽輪機凝汽器的核心材料，主要用于核電站常規(guī)島的冷卻系統(tǒng)，運行原理跟空調(diào)相同，但對于介質(zhì)的要求完全不一樣。
1臺核電機組里，有10萬多支鈦焊管密密麻麻嚴陣以待。1支核級鈦焊管，長度約18米，相當于6層樓高，直徑卻只有2.1厘米，就像礦泉水瓶蓋的大小，厚0.5毫米，與手指甲蓋厚度相當。如果把這些管子連接起來，長度接近2000公里。它們不允許有任何缺陷和泄露，而且使用壽命要保持至少30年。
出廠前，這些鈦焊管要經(jīng)過各種各樣嚴格的檢驗和檢測，包括化學成分分析、尺寸精度、力學性能、硬度、焊縫宏觀、殘余應力分析、渦流檢測、超聲波檢測、表面銅離子濃度檢查、水壓檢測等。為了通過這些嚴苛的檢測，上游“鈦礦-海綿鈦-熔煉-鍛造-熱軋-冷軋-帶卷成型-焊管焊接”等整個產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)都分別對應著各種高標準要求。
“簡而言之，核級鈦焊管各項指標都比常規(guī)的鈦焊管標準嚴格1倍以上，對品質(zhì)要求非常苛刻，在行業(yè)里應該是金字塔頂端的要求。”金天新材董事長彭丹告訴筆者，如果鈦焊管出現(xiàn)缺陷和裂紋等導致泄露，核電設備就要停機，造成的經(jīng)濟損失每天以數(shù)千萬元計算。
10多年前，中國沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的鈦焊管。美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)壟斷的不僅是其關鍵制備技術(shù)，還壟斷著上游的原材料——鈦帶卷。“核級鈦焊管能否成功，超過50%的因素取決于原材料。當時國外賣給中國，原材料比鈦焊管的售價還要高，以價格倒掛，制約中國企業(yè)，即便做成鈦焊管也沒有市場競爭力。”彭丹回憶，當時，日本鈦焊管約80%的市場都在中國的核電領域，所以價格賣得很高；而中國進口鈦焊管，不僅價格高，且訂貨周期至少2-3年以上，還會遭遇拖延交貨時間的情況。
橄欖枝+傾銷式打壓 沖破國際封鎖
為了突破國外對高端鈦材的技術(shù)壟斷，湖南湘投控股集團著力發(fā)揮國有資本服務實體產(chǎn)業(yè)的重要作用，10余年來，累計投入數(shù)十億元，以金天新材的母公司湘投金天科技集團為平臺，對標國際一流，布局鈦的全產(chǎn)業(yè)鏈，著力攻克鈦帶卷、鈦焊管的國產(chǎn)化難題，從2008年鈦焊管立項開始，就瞄準了被“卡脖子”的核電市場。
2011年3月，日本福島核電站發(fā)生事故，中國的核電建設按下“暫停鍵”。然而，金天新材并沒有停滯，而是緊密跟蹤中國核電市場，并開始轉(zhuǎn)向通過火電、海水淡化、空冷等領域的國產(chǎn)化探索，從中國的第一臺火力發(fā)電用的鈦焊管，到第一臺海水淡化的超薄鈦焊管……陸續(xù)在多個領域?qū)崿F(xiàn)突破。而這一切，都在為挑戰(zhàn)核電級別工程做技術(shù)儲備和實力積淀。
“雖然是進口的生產(chǎn)線設備，但是日本以及歐美的發(fā)達國家對我們搞技術(shù)封鎖，不會把關鍵技術(shù)和最先進的設備賣給我們，我們在熟悉設備的同時，立即開始自主研發(fā)關鍵技術(shù)，通過自主創(chuàng)新和技術(shù)改造使得進口生產(chǎn)線真正成為世界一流的鈦焊管設備。”彭丹回憶道，此后，日本企業(yè)先是拋來“橄欖枝”，試圖收購金天新材，未果之后，則改為傾銷式打壓。價格戰(zhàn)一路從40多萬元/噸、38萬元/噸到原來價格的三分之一。幸而，金天新材在積極進行全球戰(zhàn)略布局的同時，從降本增效著手堅持市場化競爭。
隨著鈦焊管國產(chǎn)化，日本、歐洲的老牌企業(yè)逐步退出鈦焊管產(chǎn)業(yè)，這進一步提升了中國鈦材精深加工產(chǎn)業(yè)的國際地位。目前，日本、美國、歐洲都需從中國特別是金天新材采購高性能鈦焊管，未來核電項目也將逐步從中國采購。
彭丹說，按照1臺百萬千瓦核電機組核算，對耐蝕鈦換熱管的需求約230噸，相比進口價格高峰時，1臺百萬千瓦機組節(jié)省投資就達1億元以上，全面國產(chǎn)化能節(jié)省數(shù)十億元人民幣，并且能帶動上下游相關配套的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。由此推算，金天新材沖刺全球第一大鈦焊管專業(yè)制造商，近在咫尺。
湖湘精神譜匠心 攻克國產(chǎn)核級鈦焊管生產(chǎn)難關
“不能說喜歡，應該說是熱愛。”當別人問道是否喜歡這份工作時，劉文韜如是說。劉文韜30歲出頭，是金天新材生產(chǎn)部副線長，在他爽朗而清新的笑聲里，筆者能感受到他對機械制造的情愫。據(jù)他的同事們說，不管有多晚，不管在不在工廠，生產(chǎn)上遇到問題，一個電話呼叫，劉文韜都會第一間趕到現(xiàn)場。實際上，沒有熱愛和執(zhí)著，在精益求精的生產(chǎn)中，是難以堅持下來的。
自2015年接到能源局國家重大專項《大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站》《中核電熱交換器用高性能耐蝕換熱管國產(chǎn)化研制與產(chǎn)業(yè)化示范》項目，金天新材第一時間成立“華龍一號凝汽器用鈦焊管國產(chǎn)化項目”團隊，分成軋輥與成型、焊接與檢測、材料與傳熱研究三個小組協(xié)同攻關。
“當初得知安排在我負責的生產(chǎn)線上做核電項目鈦焊管的時候，第一感覺是壓力巨大，生產(chǎn)的管子絕對不能有任何質(zhì)量問題。我跟我的團隊都必須拿出十二分精神，拿出每個人最大的能力來把管子做好。”劉文韜這樣回憶當時的緊張心情。團隊第一時間對生產(chǎn)線進行了全面的排查、維護保養(yǎng)。生產(chǎn)的時候，每一項操作，都會形成一個生產(chǎn)記錄，跟管子的壽命一樣保存在冊30年以上，做到質(zhì)量永久可追溯。
核級鈦焊管的材質(zhì)、力學性能、彈性模量等與一般鈦焊管完全不同，制備工藝都需要重新再摸索，尋找最佳狀態(tài)。一步又一步，一關又一關，研發(fā)團隊用兩年時間啃下了軋輥成型技術(shù)“硬骨頭”。
技術(shù)部副經(jīng)理張望成是這支隊伍中唯一的90后碩士，講起核級鈦焊管，他滔滔不絕。他告訴筆者，為了弄清并解決一個個技術(shù)難點，同事們經(jīng)常凌晨兩三點還在車間奮戰(zhàn)。“有一天我們做管子的時候，管子突然開裂。是焊接參數(shù)不對，焊接電流大，還是原材料有夾雜，成型時沒有成型好……”張望成記得很清楚，為了追根溯源，三個小組在一起開會研究，然后逐一驗證，反復調(diào)整參數(shù)、軋輥，然后再去研究材料的性能，很是繁瑣。經(jīng)過很多次嘗試和實驗才解決了這個問題。
這15位實干的青年團結(jié)一心，不談條件，并肩奮斗，攻克、優(yōu)化了一個個技術(shù)指標。在今年湖南省慶祝“五一”國際勞動節(jié)暨先進集體先進個人表彰大會上，這支團隊被授予“湖南省工人先鋒號”榮譽。
央地攜手再攻難關 攀上核電級鈦焊管高峰
2019年，金天新材得到多方認可，開展“華龍一號”高性能耐蝕鈦焊管項目的研發(fā)和承制。2020年，金天新材成為“華龍一號”首臺套凝汽器用高性能鈦焊管產(chǎn)品的承制單位。至此，我國第三代核電主流堆型凝汽器用鈦焊管已經(jīng)開始全面國產(chǎn)化，金天新材助力中國核電強國走出國門。
目前，該核級鈦焊管項目已經(jīng)申請國家專利22項，國家核電領域相關產(chǎn)業(yè)技術(shù)標準9項，關鍵核心工序形成了專有知識產(chǎn)權(quán)。
“金天新材作為一家地方國企，具有擔當和使命意識，解決了我國核電高端裝備用關鍵材料‘卡脖子’問題，這是核電關鍵設備材料國產(chǎn)化、自主化的重要組成部分，是核電國產(chǎn)化進程中具有里程碑意義的重大事件。”2020年11月，80多歲高齡的中國工程院院士、核反應堆及核電工程專家葉奇蓁在“華龍一號”首臺套凝汽器用高性能鈦焊管國產(chǎn)化開工見證會上指出。
據(jù)了解，金天新材后續(xù)將通過技術(shù)改造升級，提高效率，力爭在國際市場做精做強的道路上實現(xiàn)從并跑到領跑。
攀登上核級鈦焊管這座高峰，湘投金天科技集團并不滿足于此。“下一步，我們將致力打破核電板式換熱器用鈦板帶被國外企業(yè)壟斷、長期依賴進口的局面。”據(jù)彭丹介紹，板式換熱器不僅用在核電站的常規(guī)島，還用在核島內(nèi)，對安全性要求更高，目前，核電板換用的高性能鈦帶卷仍然主要被日本、美國所壟斷。湖南湘投金天鈦金屬股份有限公司、中國核電工程公司以及蘭州蘭石換熱設備公司等多方自2019年協(xié)作開展科研攻關，目前，已經(jīng)完成了多項核心工藝技術(shù)攻關，生產(chǎn)的核電板式換熱器用高性能鈦板帶通過了成分、性能、耐蝕、耐沖刷等檢測和裝機應用驗證，并通過了核電行業(yè)《核電板式換熱器用高性能鈦板帶國產(chǎn)化研制》的專家鑒定，有望在年內(nèi)實現(xiàn)首個訂單。
