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首钢技术研究院用户所开发800MPa级水电钢及配套焊材

添加时间:2018-07-14

摘要首钢在国内率先创出“高端钢板+配套焊材同步开发+首钢独家代理销售焊材”的全新模式,从而为首钢高端产品的市场推广起到了成功的示范作用。

  近日,首钢与天津大桥、伊萨等焊材公司合作,成功开发出适应野外恶劣环境下施工的800MPa级水电钢配套焊材,其综合性能不亚于日本进口焊材,达到国际先进水平,突破了800MPa级水电钢应用的行业难题。凭借焊材质量及技术服务的优势,首钢在严酷的市场竞争中脱颖而出,以非最低价中标国内承担施工的首个国外800MPa级水电钢项目——老挝色边—色那姆水电站项目。由此,首钢在国内率先创出“高端钢板+配套焊材同步开发+首钢独家代理销售焊材”的全新模式,从而为首钢高端产品的市场推广起到了成功的示范作用。

  首钢在800MPa级水电钢应用技术上的创新工作,得到了水电行业资深专家杜天棕的肯定:“首钢800MPa水电钢使用性能和技术服务在仙居电站就给我留下了深刻的印象,现在又在国内率先开发出了优良的配套焊材,解决了800MPa水电钢的应用瓶颈,更是交出了令人满意的答卷。”

  在先期介入基础上赢得用户

  先期介入是指钢厂全面参与用户设计、指标确定、试验评定、现场施工等环节,为用户提供技术服务及全套技术解决方案。然而在国内,先期介入800MPa级水电钢用户的案例却鲜有耳闻。首钢以“敢为天下先”的魄力和勇气,率先将先期介入的方式引入到中厚板产品市场推进中。2013年,首钢承接了浙江仙居抽水蓄能电站项目800MPa级水电压力钢管用钢的供货任务,该项目为国内首批国产800MPa级水电压力钢管用钢的应用项目,国内水电施工局并无相关焊接施工经验。为了保证工程的安全性,作为业主的国家电网提出了要求:必须提供满意的全套焊接技术解决方案,方能签署采购合同。

  为了尽快落实合同,技研院用户所课题负责人张熹根据野外施工条件选择了国内外6种焊材匹配首钢钢板,同时进行了20种焊接工艺下的试验研究。由于工期紧,为了尽快得到一手数据,在张熹的组织下,刘宏、齐建、郭占山、陈延清、张楠、牟淑坤、鞠建斌等人放弃了春节假期,加紧进行焊接试验。冬天气温较低,焊接过程中出现了冷裂纹,刘宏凭借丰富的焊接经验提出了双面火焰预热的操作方法,有效避免了焊接缺陷。在大家积极配合下,最终,用户所按时完成了焊接试验。

  试验结果虽然表明钢板热影响区冲击没有问题,但焊缝低温韧性对工艺敏感难以达标,成为限制800MPa级钢板应用的瓶颈,只有进口的日本神钢焊条、瑞典伊萨埋弧焊材能够满足大焊接热输入下-40℃冲击功要求,国产焊材只能达到-20℃。显而易见,购买进口焊材会显著增加用户施工成本。由于工期紧张,重新开发配套国产焊材已然来不及,为了落实合同、保证用户的工期,张熹查阅了浙江仙居多年的气候数据,认为该地区史上最低温度从未跌破-20℃,建议业主将设计温度由-40℃改为-20℃。起初设计部门和相关专家并不认可,张熹便援引大量日本的水电施工、设计资料,并根据服役条件进行焊缝-20℃、-40℃起裂、止裂机理分析,为业主提供了详实的调研、试验报告,通过与专家多次咨询和交流,最终说服了设计部门,顺利签订了合同,也为用户节约了进口焊材购置费300多万元。

  合同签订,意味着技术服务的开始。为了保证施工质量,首钢提供了切实可行的焊接工艺指导书。在制管和洞内安装阶段,张熹、邹扬赶赴现场进行卷板、焊接工艺指导,保证了施工质量,得到了监理单位的认可,真正做到了大型水电项目的先期介入。

  在挑战“经典”中实现技术创新

  预热温度小于等于100℃,且在30kJ/cm以上大热输入下焊缝零下40℃冲击功大于等于47J,这是保证800MPa水电钢焊接性和工程安全的关键技术。根据预热温度要求设计钢板成分,钢铁企业通常采用日本的“伊藤公式”——该公式是钢板预热温度与钢板成分、厚度、扩散氢含量经典的定量关系方程。而采用该公式进行首钢800MPa水电钢设计时,预热温度满足的钢板成分却无法保证钢板强度。是计算有误还是操作失当?难道说是伊藤公式有偏差?张熹、鞠建斌带着疑问,费尽周折查到了1969年伊藤公式提出时的原始文献,通过仔细阅读比对,发现伊藤公式中的强度、厚度、成分体系,都已经不适应于如今的超高强特厚板。原来是“久战沙场”的伊藤公式出了问题。

  为了实现成分精确设计,必须打破经典公式,提出新的预测公式。根据国内外高强钢焊材的扩散氢水平分析,张熹对经典的伊藤公式进行了简化,使其更适合钢厂使用。同时通过对近10年来用户所积累的试验冷裂纹数据及钢材成分进行甄别,采用近200个焊接冷裂纹评价结果进行线性回归分析,提出了更适合于特厚板的钢板预热温度与化学成分、板厚的定量关系公式,并在此基础上优化了成分设计。后来一系列的焊接评定结果表明,根据该指标设计的钢板预热温度仅为80℃,远低于伊藤公式提出的100℃,这对于改善用户野外施工环境、避免焊接缺陷、提高效率提供了有利的支持,也使首钢具备了根据用户焊接预热温度要求精确设计钢板化学成分的能力。

  在实践中打造以用户为中心的攻关模式

  虽然仙居项目更改了设计,将焊缝冲击试验温度提高到-20℃,但国产焊材-40℃冲击功难达标的难题依然摆在眼前,而这必将成为限制800MPa级水电钢应用的瓶颈。为了增加首钢钢板的竞争力,切实帮用户解决应用问题,在张熹的积极努力下,首钢率先与国内一家线焊材厂进行战略合作,建立高端板材与焊材同步开发、绑定销售的创新模式。通过打破行业界限、进行跨行业联合技术攻关,仅仅历时2个月,首钢便与大桥、伊萨共同开发出了满足-40℃冲击功要求的800MPa级配套焊材,所开发的焊材在40kJ/cm大线能量下仍具有足够的韧性储备。

  由于水电行业具有施工环境恶劣、焊工水平参差不齐的特点,为避免焊接缺陷,电焊条焊接工艺性优劣成为施工局认可焊材与否的关键。首钢最初开发的焊材虽然性能优良,但立焊工艺性差,初级焊工无法使用。为此,焊接首席技师刘宏对神钢、奥林康、伊萨、大西洋(600558,股吧)等国内外一线焊材厂生产的800MPa级电焊条进行工艺性评价,并给天津大桥焊材开发人员提出了详细的改进方向。经过多轮次试验,优化后的焊材工艺性及力学性能不亚于日本神钢进口焊材,达到国际先进水平,而且价格每吨可降低2—3万元,一举打破了国外技术垄断。

  跨界合作的成功,不仅鼓舞了用户所全体职工,同时也启示他们,800MPa级水电钢及配套焊材的推广应用也必须打破所与所、专业与专业之间的界限,“把工作做好,为用户服务好,树立首钢产品和服务的品牌”理应成为所有人共同奋斗的目标。攻关组人员积极配合,在产品开发阶段就先期考虑到产品的使用性能,通过技术讨论共同完成产品设计。针对用户在使用中出现的问题,如低温应变时效性能下降、再热脆化,联合攻关小组一起进行分析讨论,共同承担解决。高端焊材性能稳定性受盘条等原料质量影响很大,这也是限制高端焊材国产化的关键因素之一。为了实现800MPa级水电钢配套焊材的市场化,特钢所陈涛根据焊材用盘条的要求,对通钢公司、长钢公司等外埠企业进行设备能力评估和技术攻关,提出实现超低C、低S、低P的控制措施,目前已具备800MPa埋弧焊焊丝盘条的生产能力,为工程应用提供了有力支持。可以说,是共同的攻关目标将用户所、厚板所、特钢所技术人员紧密凝聚在一起,为首钢高端品种的市场化提供了新的、强有力的支撑。

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