| 2009年7月16日，中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司在北京宣布，經(jīng)過3年多艱苦攻關(guān)，由內(nèi)蒙古北方重工集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)等單位研制的3.6萬噸黑色金屬垂直擠壓機(jī)獲得成功，這是目前世界上最大的黑色金屬垂直擠壓機(jī)。 7月13日12時(shí)25分，中國自主研制的這臺(tái)3.6萬噸黑色金屬垂直擠壓機(jī)，在位于包頭市的北方重工集團(tuán)完成熱調(diào)試，成功擠壓出外徑700毫米、壁厚200毫米的無縫鋼管，標(biāo)志著中國大口徑厚壁無縫鋼管制造技術(shù)一舉打破國外壟斷，并達(dá)到世界領(lǐng)先水平。 目前我國60萬千瓦以上超臨界、超超臨界火力發(fā)電站和核電站建設(shè)中，必不可少的耐高溫高壓大口徑厚壁特種鋼管，90%以上依賴進(jìn)口。預(yù)計(jì)今后相當(dāng)長一段時(shí)期，我國發(fā)電設(shè)備制造每年需此類鋼管約10多萬噸。進(jìn)口材料使電站的建設(shè)成本始終下不來，限制了中國核電、火電的發(fā)展。 北方重工3.6萬噸黑色金屬垂直擠壓機(jī)的建成，采用擠壓工藝替代目前的鍛造鏜孔工藝，從根本上解決了我國熱電鍋爐管材、石油化工高壓管材需求的矛盾，實(shí)現(xiàn)厚壁鋼管制造工藝的跨越發(fā)展和黑色金屬擠壓技術(shù)的重大突破。同時(shí)也為航空鍛件制坯創(chuàng)造了條件。對(duì)滿足未來發(fā)展超臨界、超超臨界電站提供了保障，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。 初步測算，我國自主生產(chǎn)的此類鋼管價(jià)格僅為國外的一半，按照當(dāng)前國外此類鋼管2萬美元每噸的價(jià)格計(jì)算，項(xiàng)目建成后年銷售收入有望突破50億元，每年可為國家節(jié)約30至40億元進(jìn)口費(fèi)用。 什么是金屬垂直擠壓機(jī) 鋼制品的生產(chǎn)方法通常有軋制、鍛造、拉撥、擠壓等，“擠壓”是指通過施加強(qiáng)大的機(jī)械壓力，使被加工的鋼坯產(chǎn)生擠壓變形，最后從模孔中擠出規(guī)定尺寸形狀的金屬成品。根據(jù)鋼材加工溫度不同以分冷擠壓和熱擠壓兩種。 17世紀(jì)法國人用手動(dòng)螺旋壓力機(jī)擠壓出鉛管，用作水管，是為冷擠壓之始。19世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)了鋅、銅和銅合金的冷擠壓，20世紀(jì)初期擴(kuò)大到鋁和鋁合金的擠壓。30年代德國人發(fā)明磷化、皂化的表面減摩潤滑處理技術(shù)，使鋼的冷擠壓獲得成功，最初用于擠制鋼彈殼。第二次世界大戰(zhàn)后，鋼的冷擠壓推廣到其他國家，并擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。50年代開始采用熔融玻璃潤滑法，鋼的熱擠壓遂在冶金和機(jī)械工業(yè)中得到應(yīng)用和發(fā)展。 通常人們根據(jù)金屬的顏色和性質(zhì)等特征，把金屬分成兩大類：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬主要指鐵、錳、鉻及其合金，如鋼、生鐵、鑄鐵等。由于鐵制品的表面常常生銹，看去是黑色的，因而稱為黑色金屬。其產(chǎn)量約占世界金屬總產(chǎn)量的95%。黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬，又稱非鐵金屬，包括：鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、鋰、銣等64種金屬元素。 熱擠壓廣泛用于生產(chǎn)鋁、銅等有色金屬的管材和型材等。鋼的熱擠壓既用以生產(chǎn)特殊的管材和型材，也用以生產(chǎn)難以用冷擠壓或溫?cái)D壓成形的實(shí)心和孔心（通孔或不通孔）的碳鋼和合金鋼零件，如具有粗大頭部的桿件、炮筒、容器等。熱擠壓件的尺寸精度和表面光潔度優(yōu)于熱模鍛件，但配合部位一般仍需要經(jīng)過精整或切削加工。 萬噸以上黑色金屬垂直擠壓機(jī)，主要用于大型電站、石油化工行業(yè)急需的大口徑厚壁無縫鋼管制造；屬于世界先進(jìn)制造技術(shù)的極端領(lǐng)域，是一個(gè)國家制造能力的標(biāo)志，涉及設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝等諸多難題。目前，世界上只有美國威曼·高登公司擁有花費(fèi)7年時(shí)間研制的3.15萬噸擠壓機(jī)組，加上德國曼內(nèi)斯曼公司、日本住友公司等幾乎壟斷了世界全部耐高溫高壓厚壁成型材料。由于國外長期技術(shù)封鎖，目前我國大口徑厚壁無縫鋼管不得不從國外大量高價(jià)進(jìn)口。 
美國LOEWY公司為美國鋁業(yè)公司打造的50MN（5000噸）壓力機(jī)，是制造飛機(jī)起落架和引擎部件的關(guān)鍵設(shè)備。 自主研發(fā)打破壟斷 內(nèi)蒙古北方重工集團(tuán)有限公司，始建于1954年，位于包頭市，隸屬于中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司。公司占地面積297平方公里，擁有員工1.63萬人，下設(shè)40多個(gè)子公司，是中國特大型軍工企業(yè)之一。具備特種鋼冶煉、鑄鍛造、熱處理、機(jī)械加工和總裝調(diào)試等能力。 上世紀(jì)90年代，北方重工公司已經(jīng)具備了年產(chǎn)20萬噸鋼水的能力，但最多只能消化8萬噸鋼水，富余的12萬噸特殊鋼能力長期閑置，而在厚壁鍋爐管一直用傳統(tǒng)的加工工藝生產(chǎn)，不僅浪費(fèi)資源，而且成本居高不下，市場競爭力不強(qiáng)。如果能將鋼水連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，不僅節(jié)電，而且可以大大提高熱效率，尤其是用熱擠壓成材的話，可以提高成本率2到3倍，節(jié)能減排潛力非常大。 此前，美國威曼•高登公司研制的3.15萬噸垂直擠壓機(jī)組是世界最大的, 再加上德國的曼內(nèi)斯曼公司、日本的住友公司等，這些外國企業(yè)幾乎壟斷了世界全部耐高溫高壓厚壁成型材料。 美國威曼·高登（Wyman Gordon）公司成立于1883年，是全球最大的生產(chǎn)大型高合金擠壓無縫鋼管的供應(yīng)商之一。其用7年時(shí)間研制的3.15萬噸擠壓機(jī)組曾經(jīng)稱霸世界金屬加工業(yè)。世界上第一根P91高合金優(yōu)質(zhì)無縫鋼管就誕生于威曼高登公司位于美國休斯敦的工廠。此外，美國威曼高登公司還是美國軍工系統(tǒng)最重要的零部件供應(yīng)商之一，從第一次世界大戰(zhàn)開始，就為美國軍方提供飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、螺旋槳、起落架等鍛造部件。第二次世界大戰(zhàn)和朝鮮戰(zhàn)爭讓威曼·高登公司獲得極大發(fā)展，成為波音、通用動(dòng)力、西屋電氣、普惠等公司的供應(yīng)商。B-52轟炸機(jī)、波音707-747客機(jī)、C-17運(yùn)輸機(jī)、SR-71偵察機(jī)、F-14、F-15戰(zhàn)斗機(jī)、民兵洲際導(dǎo)彈等武器上，均有該公司生產(chǎn)的鈦合金鍛造部件。 鑒于世界上目前只有美國威曼·高登公司擁有成熟的無縫管立式擠壓生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，為了解決這一問題，北方重工集團(tuán)先后與德國SMS Meer公司、美國威曼·高登公司協(xié)商交流垂直擠壓機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)問題，但德國Meer公司初步設(shè)計(jì)方案僅擠壓機(jī)投資就約一億歐元，價(jià)格太高無法接受。而美國威曼·高登公司認(rèn)為擠壓技術(shù)是其生存的根本，轉(zhuǎn)讓技術(shù)不可能，合資合作美國政府又不予批準(zhǔn)，拒絕進(jìn)一步商談。 為打破國外高端材料的壟斷，北方重工公司在充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上決定啟動(dòng)研制36000噸黑色金屬垂直擠壓機(jī)項(xiàng)目。 企校聯(lián)合集成創(chuàng)新 該項(xiàng)目由北方重工公司自籌資金7億元，分兩期建設(shè)，一期為自主研發(fā)制造1臺(tái)世界最大的360MN（3.6萬噸）黑色金屬垂直擠壓機(jī)和1臺(tái)150MN（1.5萬噸）穿孔制坯壓機(jī)，并新增工藝設(shè)備63臺(tái)套。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，可年產(chǎn)無縫鋼管5萬噸，二期工程將補(bǔ)充部分加熱、熱處理及精整設(shè)備，達(dá)到年產(chǎn)各種無縫鋼管12.5萬噸。 從2006年正式啟動(dòng)以來，北方重工采用集成創(chuàng)新的研發(fā)模式，聯(lián)合清華大學(xué)、太重集團(tuán)、中冶京唐等國家重點(diǎn)院校與企業(yè)集團(tuán)組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)。聚積了我國著名金屬材料學(xué)專家——兩院院士師昌緒，清華大學(xué)鍛壓專家顏永年、林鋒、關(guān)任東，軋鍛專家張一弓，金屬擠壓專家魏軍，異型管專家蒙日昌、方源棟，工藝專家段素潔，油缸專家陳偉光等一大批金屬加工行業(yè)頂尖科研人才。 他們打破了鍛壓設(shè)備傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方法，在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破：一是采用預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)，提高壓機(jī)主要承載機(jī)架、主工作缸等主要承載部件的疲勞壽命；二是采用預(yù)應(yīng)力坎合結(jié)構(gòu)，控制零件單重，降低制造、運(yùn)輸難度；三是采用下傳動(dòng)，以增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性；四是采用成熟的42MPA大流量泵，直接傳動(dòng)，傳動(dòng)簡捷可靠，易于維修保養(yǎng)。液壓傳動(dòng)介質(zhì)采用礦物油，以利于先進(jìn)泵、閥技術(shù)的應(yīng)用。 這條包括1臺(tái)垂直擠壓機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備63臺(tái)套的熱擠壓生產(chǎn)線項(xiàng)目，傾注了工程技術(shù)人員太多的心血與汗水，他們?cè)诮?年的奮力攻關(guān)中，先后攻克了擠壓工藝、壓機(jī)設(shè)計(jì)、大型鑄件制造、大噸位鋼錠制坯等一系列世界性技術(shù)難題；取得了鋼絲纏繞、預(yù)應(yīng)力坎合結(jié)構(gòu)、超大型機(jī)架制造安裝調(diào)試等一系列重大突破。2009年6月26日1.5萬噸制坯機(jī)熱試試車一次成功的基礎(chǔ)上，于7月13日擠壓熱試一次成功。成功擠出第一根合格的厚壁無縫鋼管。 性能優(yōu)越前景廣闊 清華大學(xué)設(shè)計(jì)的垂直擠壓機(jī)，額定壓力、主缸行程均大于美國威曼·高登公司的壓機(jī)、雙牌坊側(cè)面機(jī)架和非均等六缸橫排結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了壓力與速度的分級(jí)，更具適應(yīng)性。 該機(jī)可以生產(chǎn)直徑1270mm,最大壁厚300mm厚壁鋼管，幾乎可以擠壓成形目前已有的所有黑色金屬材料。壓機(jī)主體設(shè)備重量不足4000噸，較俄羅斯計(jì)劃開發(fā)的Nisma壓機(jī)1.47萬噸重量減輕三倍以上，方便了制造，大大降低了制造成本。清華設(shè)計(jì)的垂直擠壓機(jī)工藝技術(shù)方案新穎可行，總體性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于可知的國外設(shè)備。整機(jī)最大部件——高22.5米、寬7.4米、厚5米、重達(dá)2692噸的機(jī)架牌坊，由太重軋鍛設(shè)備分公司制造，6月8日由中冶京唐機(jī)電公司吊裝完成。 該項(xiàng)目投產(chǎn)后幾乎可以滿足國內(nèi)厚壁無縫鋼管發(fā)展的需要，同時(shí)在國際市場占據(jù)一席之地，具備了主動(dòng)同國外企業(yè)競爭的實(shí)力。 中國鍛壓協(xié)會(huì)從2003年起就呼吁我國應(yīng)建設(shè)60000噸以上級(jí)別模鍛液壓機(jī)和25000噸以上級(jí)別黑色金屬擠壓機(jī)。目前80000噸模鍛液壓機(jī)正在建設(shè)中，36000噸黑色擠壓機(jī)建成投產(chǎn)，標(biāo)志著中國重型金屬加工設(shè)備取得突破性發(fā)展。 
3月21日，總重1500噸的150MN穿管制坯機(jī)牌坊成功滑移到指定位置。 
總重1500噸的150MN穿管制坯機(jī)牌坊成功滑移到指定位置，開始豎起。 
機(jī)架牌坊成功吊裝到位 
開始?jí)褐频谝桓癖跓o縫鋼管 
壓機(jī)強(qiáng)大的壓力，將鋼錠擠壓成一根根直徑最大1.3米，壁厚30厘米的厚壁無縫鋼管。 
這次壓制的鋼管有十幾米長，外徑700毫米、壁厚200毫米，重達(dá)數(shù)噸。 
由吊車把尚未冷卻的鋼管吊到生產(chǎn)車間進(jìn)行冷卻 
大口徑厚壁無縫鋼管是核電站、火電站建設(shè)的重要材料，需要耐高溫高壓、耐腐蝕。國際市場每噸價(jià)格高達(dá)2萬美元。 
上世紀(jì)50年代，美國MESTA公司為美國鋁業(yè)公司制造的45000噸模鍛壓力機(jī)。美國最新研制的F-35戰(zhàn)斗機(jī)起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金部件由其生產(chǎn)。 |
