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上天入海 “鈦”不簡(jiǎn)單

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寬幅達(dá)2040毫米的熱連軋鈦帶卷,刷新國(guó)內(nèi)紀(jì)錄;高性能耐蝕鈦焊管成為“華龍一號(hào)”關(guān)鍵部件;高強(qiáng)高韌TC18鈦合金,助力國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)鯤龍AG600的研制……經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展,湖南鈦材加工已建成從海綿鈦、鈦錠、鈦帶卷到鈦焊管的產(chǎn)業(yè)鏈,鈦帶卷、鈦焊管產(chǎn)銷(xiāo)量居全國(guó)第一,鈦材精加工系列產(chǎn)品,屢屢填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白、打破國(guó)外壟斷,應(yīng)用于諸多“國(guó)之重器”。

寬幅達(dá)2040毫米的熱連軋鈦帶卷,刷新國(guó)內(nèi)紀(jì)錄;高性能耐蝕鈦焊管成為“華龍一號(hào)”關(guān)鍵部件;高強(qiáng)高韌TC18鈦合金,助力國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)鯤龍AG600的研制……經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展,湖南鈦材加工已建成從海綿鈦、鈦錠、鈦帶卷到鈦焊管的產(chǎn)業(yè)鏈,鈦帶卷、鈦焊管產(chǎn)銷(xiāo)量居全國(guó)第一,鈦材精加工系列產(chǎn)品,屢屢填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白、打破國(guó)外壟斷,應(yīng)用于諸多“國(guó)之重器”。

湖南湘投金天科技集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)湘投金天)旗下的湖南湘投金天鈦金屬股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)金天鈦金)冷軋鈦帶卷制造車(chē)間,一臺(tái)冷軋鈦帶卷專(zhuān)用二十軸軋機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)。

軋機(jī)內(nèi)部,一卷暗銀色的鈦帶卷正被軋成0.5毫米的規(guī)格。這卷高品質(zhì)的鈦帶卷,即將成為飛機(jī)、船舶及計(jì)算機(jī)和通訊電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。

鈦具有重量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕等特性,能應(yīng)用于太空、大海等環(huán)境極其復(fù)雜的工作領(lǐng)域,是一種重要的戰(zhàn)略性金屬。鈦及鈦合金的加工和研制能力,已成為衡量一個(gè)國(guó)家航空航天、航海、核電、深海探索等科技領(lǐng)域先進(jìn)性的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。由于鈦熔煉工藝復(fù)雜、加工難度大,目前僅有中國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、日本4個(gè)國(guó)家掌握完整的鈦工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。

湘投金天是湖南湘投控股集團(tuán)旗下具有戰(zhàn)略型輕合金金屬新材料全產(chǎn)業(yè)鏈平臺(tái)的子公司。10多年來(lái),湘投金天一直專(zhuān)注鈦材精加工,該公司生產(chǎn)的鈦帶卷、鈦焊管、鈦棒材等系列產(chǎn)品,屢屢填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白、打破國(guó)外壟斷,補(bǔ)足了湖南省在戰(zhàn)略新興材料產(chǎn)業(yè)上的短板,解決了中國(guó)鈦產(chǎn)業(yè)系列技術(shù)難題。

軋出國(guó)內(nèi)最寬熱軋鈦帶卷

參與“深海爬游機(jī)器人”項(xiàng)目

2022年1月9日,戶(hù)外一片蕭瑟寒冷,在湖南鋼鐵集團(tuán)旗下漣鋼的2250熱連軋線(xiàn)上,一個(gè)令人矚目的產(chǎn)品正緩緩軋出,匯聚著眾人熱烈的目光……

經(jīng)過(guò)3個(gè)月的努力,金天鈦金與漣鋼強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,成功制備出寬2040毫米、卷重10.7噸的超寬幅、薄規(guī)格、大卷重?zé)彳堚亷Ь?,?chuàng)造了國(guó)內(nèi)最寬熱連軋鈦帶卷的歷史紀(jì)錄。

“該產(chǎn)品刷新了我們自己創(chuàng)造的紀(jì)錄,拓寬了金天鈦金熱軋板卷品類(lèi)規(guī)格。”金天鈦金技術(shù)部部長(zhǎng)劉正喬告訴筆者,鈦帶卷越寬,直接應(yīng)用的領(lǐng)域就越廣,使用價(jià)值就越大,也可避免拼焊帶來(lái)的成本增加與質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

鈦的軋制,尤其是想軋得既寬又薄,實(shí)在不易。劉正喬介紹,鈦具有強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率小、不易變形等特點(diǎn),在作為一種成型的材料時(shí),這些是優(yōu)點(diǎn),但在軋制加工時(shí),那就是“缺點(diǎn)”了。

因?yàn)樽冃坞y、易斷裂,鈦軋制對(duì)原材料及軋制時(shí)的溫度、力度、濕度等參數(shù)的要求格外高。而軋得越寬或越薄,出現(xiàn)缺陷的可能性就越大。

“上次溫度偏低,這次力度不夠,要想軋出寬而薄的鈦帶卷,就需要反復(fù)模擬測(cè)試。”劉正喬說(shuō),“鈦在高溫下尤其活躍,就像一匹野馬,馴服過(guò)程格外艱難。”有一次軋制,鈦帶的卷面上出現(xiàn)了一種裂紋缺陷,劉正喬及其團(tuán)隊(duì)研究了好幾天,始終找不到原因。

技術(shù)攻關(guān)沒(méi)有捷徑。整個(gè)團(tuán)隊(duì)收集軋線(xiàn)多年的數(shù)據(jù)資料,翻閱數(shù)月,排除數(shù)十種可能,才得到幾個(gè)疑似的結(jié)論,而后在電腦上反復(fù)模擬,又花費(fèi)一個(gè)月左右的時(shí)間,最終消除裂紋。

被“馴服”的優(yōu)質(zhì)鈦帶卷性能有多強(qiáng)?金天鈦金總經(jīng)理助理孔玢介紹:“廣泛應(yīng)用于艦艇、潛艇、深海探測(cè)器等,比如制作外殼及一些關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)件。”

近幾年,金天鈦金參與了“深海爬游機(jī)器人”等國(guó)家重大科技項(xiàng)目的研發(fā),主要負(fù)責(zé)主體結(jié)構(gòu)以及電子元器件的艙體制作。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人江彪介紹,深海爬游機(jī)器人的設(shè)計(jì)深度達(dá)1000米~1500米。他說(shuō):“鈦極耐腐蝕,同時(shí)強(qiáng)度大、重量輕,特別適合應(yīng)用于海洋中,因此,鈦也有‘海洋金屬’的美譽(yù)。”

成功應(yīng)用于“華龍一號(hào)”

改寫(xiě)全球鈦焊管產(chǎn)業(yè)格局

2020年11月,“華龍一號(hào)”首臺(tái)套凝汽器用高性能鈦焊管?chē)?guó)產(chǎn)化項(xiàng)目在湘投金天子公司湘投金天新材料有限公司下線(xiàn)。“這是核電關(guān)鍵設(shè)備材料國(guó)產(chǎn)化、自主化的重要組成部分,是核電國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中具有里程碑意義的重大事件。”中國(guó)工程院院士、核反應(yīng)堆及核電工程專(zhuān)家葉奇蓁稱(chēng)贊道。

這根不起眼的焊管不可小覷。金天新材技術(shù)部副經(jīng)理李軍兆介紹,我國(guó)的核電站基本建在海邊,核電工程中的鈦焊管主要用于裝載海水,在核電機(jī)組中循環(huán)往復(fù),對(duì)核電機(jī)組進(jìn)行降溫。“1臺(tái)核電機(jī)組里,密密麻麻有10萬(wàn)多根的鈦焊管,不然怎么是關(guān)鍵設(shè)備呢?”

“華龍一號(hào)”是我國(guó)核電創(chuàng)新發(fā)展的重大標(biāo)志性成果,用于其中的鈦焊管,絕不允許有任何缺陷,而且要求使用壽命超過(guò)30年。

不難想象,這根管子的研制得有多難。用于“華龍一號(hào)”里的鈦焊管,長(zhǎng)度約18米,直徑為2.1厘米,大概礦泉水瓶蓋的大小,厚僅0.5毫米。海水的腐蝕性很強(qiáng),加上鈦焊管要求直徑短、厚度薄,其焊接成型、熱處理的工藝要求極高。

李軍兆說(shuō),核級(jí)鈦焊管的各項(xiàng)指標(biāo)比常規(guī)鈦焊管?chē)?yán)格一倍以上。同時(shí),和軋制鈦帶卷一樣,鈦焊管任何缺陷的出現(xiàn),到底是焊接參數(shù)不對(duì)、焊接電流大,還是原材料有夾雜、軋制工藝的問(wèn)題,都需要全面排查。

經(jīng)過(guò)1000多個(gè)日夜的攻關(guān),金天新材于2019年打造出符合“華龍一號(hào)”凝汽器標(biāo)準(zhǔn)的高性能耐蝕鈦焊管,突破了國(guó)外對(duì)核電凝汽器用鈦焊管的技術(shù)壟斷和市場(chǎng)封鎖,實(shí)現(xiàn)了對(duì)外出口,改寫(xiě)了全球鈦焊管的產(chǎn)業(yè)格局。

8年啃下“硬骨頭”

助力國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)研制

5月31日,由我國(guó)自主研制的大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機(jī)鯤龍AG600全狀態(tài)新構(gòu)型滅火機(jī),在廣東珠海首飛成功。

鯤龍AG600,是我國(guó)大飛機(jī)“三兄弟”之一。其最大起飛重量60噸,最大載水量12噸,填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)大型航空滅火飛機(jī)的空白??梢韵胂?,當(dāng)這架飛機(jī)落地時(shí),起落架將承受多大的壓力,其起落架的制作材料TC18鈦合金,由湘投金天旗下的金天鈦業(yè)科技有限公司研制。

既要硬,又得輕,鈦合金是最佳選擇。在研制過(guò)程中,一個(gè)不太起眼的“黑斑”問(wèn)題,讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)“頭疼”了近一年。

“黑斑,是由于材料組織不均勻或成分偏析引起。黑斑的存在,易導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生微裂紋,埋下斷裂的隱患。”湘投金天總經(jīng)理、時(shí)任金天鈦業(yè)首席專(zhuān)家楊勝介紹。

為優(yōu)化鍛造工藝,研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期在溫度超過(guò)40攝氏度的車(chē)間工作,緊盯鍛造過(guò)程的每一個(gè)細(xì)節(jié)和參數(shù),一待就是一整天;每次前往合作方溝通細(xì)節(jié),團(tuán)隊(duì)都是直奔鍛造車(chē)間,第一時(shí)間針對(duì)新出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改善。

最終,歷時(shí)8年,該團(tuán)隊(duì)研制出高強(qiáng)高韌的TC18鈦合金,達(dá)到了鯤龍AG600的要求,讓湘投金天在航空航天領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟。

目前,湘投金天在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、飛機(jī)框架、航天構(gòu)件等高性能鈦合金棒材上技術(shù)實(shí)力強(qiáng)勁,已成為中國(guó)航空高端鈦合金材料三大供應(yīng)商之一。

“湘投金天已形成了從材料到構(gòu)件到裝備完整的鈦工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈,未來(lái),將在持續(xù)開(kāi)展航空航天、核電產(chǎn)業(yè)等高端鈦材研發(fā)的同時(shí),也會(huì)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、深海裝備及醫(yī)療、計(jì)算機(jī)、通訊電子產(chǎn)品等民生領(lǐng)域作出更多探索,更好地為國(guó)家和社會(huì)服務(wù)。”湘投金天副董事長(zhǎng)彭丹告訴筆者,鈦加工的趨勢(shì)是越來(lái)越合金化、超薄化,鈦的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。

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