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以下为发言全文:
各位大家好,下面我介绍一下《风电用先进钢铁材料绿色低碳技术发展及产业化》。
在座如果有风机主机厂对于我们很了解,山钢年产能有2400万吨,产品有特钢、型钢、棒材等产品。我们致力于新的产品技术开发,山东钢铁有三个产线,板材的产能有500万吨,产线主要是有两条4.3米和一条3.5米,后面配备7个加热炉,可以给风电下游行业提供多牌号、多品种、多种交互的原材料产品。我们还有优特钢产品,下游的风电企业用的比较多,像法兰、齿轮、轴承、螺丝螺母。
下面我介绍一下风电钢的发展需求,中国提出“3060碳中和、碳达峰”的目标后,中国作为负责任的大国,在能源的开发特别是原始石化能源的衰减要用新能源替代。中国能源的消耗又是非常大,怎么样来解决这个问题?新能源发展上非常重要。风力发电作为主要的能源结构,应该是中国未来主要的支撑能源,所以在风电发展方面前景广阔。
风电发展主要是大型化趋势非常明显,我记得2010年前后那时候才零点几的样机,但是现在3、5兆瓦出现,甚至还有10兆瓦的,海上超过20兆瓦。风机的大型化带来的问题,承载风机的塔筒承载能力和周期性载荷更大,如何来解决这个问题?
如果采用原始的材料,国内大多数用的三无系列产品。如果现在要承载更大的力,需要增加钢材的厚度。变相的说就是增加钢材的消耗。这样与绿色发展理念相背离,只能通过钢材强度等级,35如果提升到500兆帕,不但钢材的消耗不会增加,甚至会降低。
山东钢铁这两年一直在做这方面的研究工作,在2010年前后想推动,想把35替换到390,当时中国整体的风电行业在设计能力相对欠缺,因为还是以欧美为主导。我们找几家主机商和设计方,尤其是材料的选择上,他们都不敢跨过这一步。近几年随着风电行业大型企业设计能力的提升与技术方面的提升,他们设计的自主权越来越广阔,所以说我们在这方面做了一些工作。
2021年,我们在北京科技大学毛院士的带领下,联合产业链中很多的企业和科研院所,共同创建高端风电钢铁材料装备协同创新中心,我们把钢材的应用从355开始向420过度,现在420的用量越来越大。去年年底420真正应用在创新中心。2021年11月份和金风共同创建示范塔,2022年远景风场整体的项目开始用这个材质。2022年底,高强度风电用钢和390、420钢板销量突破10万吨。我们也做了一些前沿的工作,像500、460兆帕的研究。
特钢产品,现在很多的主机商比较关切,钢板升级是上来了,但是法兰、螺栓螺母怎么做?法兰怎么样升级到更高的级别?法兰浇铸限制强度,如果增加合金含量太多会导致焊接性能弱化,会让下游的行业有一定的不适应,所以我们在特钢产品当中做类似工艺的优化调整,在35的基础上让碳钢量增加不多的情况下做了一些工作。
相对来说,不管是420兆帕或者500兆帕,这个并不算多高强度,因为像工程机械、海洋工程,他们的应用级别非常高。工程机械550非常的普遍,890是1000兆帕的钢开始大量的应用。海洋工程像550和690兆帕的钢,现在想提升到890更高强度的级别。将来的风电钢发展趋势非常明显,而且也是必走的一条路。
我们主要是讲420兆帕的钢,我们设计的时候与355一脉相承,不管是从组织设计或者强化机理上非常相似。常规是珠光体的组织形态,通过常规细化颗粒的强化来做强化的措施,所以它和355非常的相似,而且稳定性也是一样的,我们认为420兆帕的钢替代是水到渠成的过程。
但是后来开发更高的级别,风电钢未来的发展做更高强度的级别像500兆帕的钢,将来在长期服役会有一定的差异,500与355和420有一定的差异,我们做前期的基础工作,比如说疲劳性能在周期性载荷情况下,使用的过程当中将来会发生什么问题?
我们现在做的一些东西,包括联合金风科技做实验室的工作,还有直接焊上塔筒看将来运行的情况。将来采集一些数据,看将来风电应用的过程当中,与常规的钢有没有区别?如果将来能够完全适应,说明我们将来这个路子是可以行得通。
风电钢是疲劳性能,很多主机上提到这方面的工作,认为420兆帕以下的产品,主要是强度限制塔筒的承载能力。但是超过420以上强度不是主要的,焊缝的疲劳是关键点,如何做提升焊缝的疲劳?我们要做工作的工作。
要想提升焊缝的疲劳,母材的疲劳提升是必不可少,配套焊接过程中的控制,包括焊后组织形态和处理,这些都是关键的问题,也是我们要研究的问题。
前一阶段355兆帕,我们做过有140甚至是150的系列产品,将来要升级到更高的产品厚度可以降低一些,现在420厚度能降60毫米。但是厚规格的产品非常关键,尤其是组织性能上的控制,也是非常关键的点,对于我们材料研究来说是非常重要的。
法兰的问题,这是一个非常难的点,刚刚提到状态决定性能提升上的难度。法兰如果性能提升,紧跟而来的是疲劳问题。疲劳问题怎么提升?这方面的工作我们也在做。
整体来说,风电行业将来的大型化、智能化、绿色化发展是必然的趋势。用到钢铁材料的高强化和高性能化也是必然的趋势,如果大家不做很难完成国家想要做的事情,所以我们想借助风电行业发展的东风,把钢材质量和性能进一步提升。
我的汇报到此结束,谢谢大家。
(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)
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