火电厂的大动脉：大口径厚壁无缝钢管，国内如何用3年时间突破垄断？

作为一种超临界火电大口径厚壁无缝钢管，也被简单叫作P91、P92管，在最初没有国产化只能长期依赖国外进口时，价格平均在每吨16万元，有的单子甚至开到了每吨30多万。

如果中国不花高价从国外买这些管子，可以这样说，中国的火电、核电乃至整个电力行业都要受制于人，想要搞这些管子，就必须用到图中这样的“大型金属垂直挤压机”。

当然最开始国内也造不出，因为实在太难了，大口径厚壁无缝钢管制造，是全球先进制造技术的极端领域，不是你想短时间内就能拿下的，特别是超万吨的黑色金属垂直挤压机。

在2009年以前，世界上所有的包括P92管耐高温高压厚壁特种材料，基本被美国威曼高登、德国曼内斯曼和日本住友三家巨头垄断，当时威曼高登搞出了全球最大的垂直挤压机——3.15万吨挤压机组。

当时中国发电设备基本每年需要10多万吨，基本都是高价从这几家公司买。

1、被卡脖子的P92

当时国内专家提出了两种解决办法，一种就是用国内最传统的制造工艺，将钢材锻造成实管后，再进行钻孔，但这种办法加工出的无缝钢管品质很差，效率低成本高，超临界机组根本没法用。

于是我们另寻出路，从2004年开始中国兵器工业集团北重集团开始与美国威曼高登公司对接，先是提出花钱技术转让被拒绝，后来北重又提出合资合作，但当时美国又针对中国出台了一系列出口管制，这条路最后也被堵死了。

于是我们又将突破口转向德国的SMS Meer公司，这家公司更是漫天要价，光是最初步的设计方案就需要10个亿的投资，当时北重怎么可能拿得出那么多钱，两种解决办法到最后都行不通。

高昂的成本不仅让各地的发电厂痛苦不堪，更是严重制约中国火电和制造业的发展

于是在2006年，内蒙古北方重工业集团有限公司试探性的向美国Wyman-Gordon公司提出技术引进的要求，不出意外，老美只回复了咱一个词：

“NO！”

既然此路不通那咱就迂回侧击吧，于是北方重工又是一番辗转反侧后，联系到了一家德国公司，虽然这家德国公司并没有完全掌握美国技术，但他们声称自己已经有了多年研究，如果咱们肯出钱资助他们继续搞下去，那成功的概率还是很大的，于是乎咱们就让他们报了个价。

“30亿！”

听闻这个报价后，北方重工当场就倒抽一口凉气，更糟糕的还在后面，德国公司声称即便北方重工掏了这笔钱，以后的成果也不能由咱独享。

面对德国人的狮子大开口，北方重工思来想去后，还是决定不合作了，毕竟这种模式，怎么看自己都是冤大头。

2、“自己动手，丰衣足食！”

既然两条路都走不通，那就只能靠自己，于是乎在2006年，北方重工联合清华大学，前者提供试验场地，后者负责理论攻坚，至此，中国3.6万吨黑色金属垂直挤压机组联合研发团队就此成立。

当然了，现在咱们说起这件事情来好像很简单，三言两语就能概括全部的研发过程，但实际上这个项目的研发难度系数那可是相当之大，技术层面包括挤压工艺和挤压装备两大方面，涉及设计、制造、运输、安装等诸多难题，在当时被划分进了“极端制造”领域，绝非一般人所能想象。

当然了，千难万难，都难不住那群有着执着奋斗精神的工程师们，依靠3年时间，耗费9.9亿元，他们陆续克服了3.6万吨黑色金属垂直挤压机组的设计、建造、工艺及模具等核心技术难题，开创性的提出了预应力钢丝缠绕“剖分-坎合”设计方法，解决了重型挤压机承载能力与可制造性的矛盾问题。

这是一种和美国工艺完全不同的技术路线，相比于美国3.16万吨设备，中国自研的设备显著提高了关键部件承载能力和抗疲劳性能，综合性能更加出众！

除此之外，中国自研的3.6万吨黑色金属垂直挤压机组还融合了更为先进的机器人卫星缠绕、超重机架液压推移和液压提升安装等技术，在全球范围内首次解决了千吨级超大型结构的缠绕施工和整体安装的技术难题，单论这点，甚至就连同时期的美国公司也未能做到。

就这样，经过连续3年的艰苦奋战，终于在2009年7月13日，北方重工首台3.6万吨黑色金属垂直挤压机组热车成功，后来又经过了将近一年的调试改进，并最终于2010年开始投入使用。

后来经国家检验中心检测证明，咱自己生产的大口径厚壁无缝钢管不论是挤压机组公称吨位还是控制精度等指标，都能满足设计要求，各项指标都能达到ASME SA335等标准，完全可以替代美国人的进口产品来用。

既然有了更优的选择，咱还傻乎乎地给美国人送啥钱啊？于是北方重工在随后的一年内就生产了高端大口径厚壁无缝钢管6.8万吨，实现销售收入16亿元，每年都能节省约40亿美元的成本。

这是一次巨大的成功，不但实现了我国在此领域的技术突破创新，还一举打破了老美的长期技术垄断，顺带造福了全世界，从此以后，美国出口向国际市场的大口径厚壁无缝钢管从原来的十几万美元一吨骤降到了几万美元一吨，很多国家都因此受益。

北重360工程每年生产高端大口径厚壁管材有20万吨左右，不仅让国家少花了40多亿，更是将这个市场的价格打了下来。

北重也凭借这台重型国产垂直挤压机，在2011年拿下了内蒙古自治区科学技术一等奖，在2014年拿下了中国机械工业科学技 术一等奖、在2015年拿下了国家科学技术进步二等奖，在电力和航空发动机两个领域，给中国带来了装备的突破性进展，意义十分重大。

那么这台国产比当时美国威曼高登最先进的3.15万吨有什么过人的地方呢，仅仅只是吨位吗？

首先我们不要搞错一点，3.15万吨不是指装备的整机重量，上文我提到过，国产3.6万吨垂直挤压机用了清华大学搞了很多年的预应力钢丝缠绕结构，用在了图中的这个位置，使用这种结构使国产挤压机的整机重量仅有4000吨，而国外同等吨位的机器竟达到了1.4万吨。采用预应力钢丝缠绕结构，除了降低结构重量还降低了制造成本和安装成本。

其次国产挤压机采用了预应力剖分—坎合结构，相比传统的剖分—组合结构接触面抗错能力差、仅能承受较小剪力的缺点，新结构使得很小的零部件的接触面有很强的承剪能力，也就是说用这台巨无霸能造更小更精细的零件，比如说航空发动机的零件。

北重就用了3.6万吨国产挤压机搞出了航空发动机高压涡轮的粉末高温合金棒材，这使得中国成为继美国、法国后第三个能加工这类棒材的国家。

最后国产挤压机还第一次用上了42兆帕压力的液压系统以及新一代高压直驱泵控系统，它能用变量泵的流量控制来对液压缸进行调速，还能用双向变量泵直接对液压进行换向，基本解决了传统挤压机节流损失和压力损失这一世界难题。

而在接下来的十年，中国一直是全球最大吨位垂直挤压机的霸主，2020年7月央视播出的纪录片《超级装备》就透露出了全球新一代最大的挤压机——宏润核装搞出的5万吨热垂直挤压机。

这个比3.6万吨国产垂直挤压机吨位还要大的家伙儿，能在几分钟挤压出一根重达25万吨的大口径无缝钢管，而且宏润核装还跟宝钢合作，研发出了国产新型钢种G115，这类新一代耐高温高压的大口径厚壁无缝管，就是用来替代P92钢管的，而且持久强度是P92的1.5倍，是中国在大口径特种钢材领域的又一次突破。

文章来源： 神侃胖先生，新一来了Talk