8月底，浙江天臺抽水蓄能電站2號下平洞壓力鋼管最后一條合攏縫焊接殘余應力檢測完畢，1000兆帕級壓力鋼管及鋼岔管安裝工作圓滿完成，實現1000兆帕級水電高強鋼在國內首次成功大規模應用。該項成果入選國家能源局第五批能源領域首臺（套）重大技術裝備名單。

習近平總書記“勇攀科技新高峰”的殷殷囑托指引著“中國水電制造”之路。中國長江三峽集團有限公司所屬中國三峽建工（集團）有限公司聯合水電產業鏈上下游企業歷時4年全面完成1000兆帕級特厚鋼板及焊材國產化研發應用。

不畏浮云遮望眼

鋼材是水電工程建設的核心材料之一。在高海拔、高寒地區和高水頭、大容量水電工程建設中，對鋼材的強度、塑性、韌性等性能要求更為嚴格。其中引水壓力鋼管、鋼岔管、蝸殼等關鍵核心承壓部件因為受水流沖擊壓力大等因素，對鋼材的要求幾乎可以用苛刻來形容。

在諸多指標中，抗拉強度是衡量鋼材力學性能的核心關鍵。強度越高，代表能夠承受的拉力越大，在遇到高落差水流沖擊時，鋼材表現就越穩定。1000兆帕級高強鋼意味著鋼材在1平方厘米的面積上要承受10噸的力。此外，在同等設計工況下，隨著材料強度的增加，鋼板厚度會減小，可有效降低重要部件重量和焊接工作量，從而縮短施工工期，降低施工成本。

浙江天臺抽水蓄能電站額定水頭724米、單機容量42.5萬千瓦，是世界在建額定水頭最高、國內單機容量最大的抽水蓄能電站。面臨著高水頭、大容量的雙重挑戰，如何選擇適配的水電工程用鋼是天臺抽蓄電站建設者需要率先解決的難題之一。

三峽集團已在白鶴灘水電站大規模應用800兆帕級高強鋼。“如果沿用800兆帕級高強鋼，為保障工程安全，所用鋼材最大壁厚將達84毫米，差不多成人單手的寬度。”三峽建工機電技術中心副主任李海軍介紹，“超厚鋼板會給加工制作帶來許多難題，比如卷板、焊接、運輸、安裝等。若使用1000兆帕級高強鋼，厚度約為54毫米左右，比800兆帕級減少三分之一。”

然而，國內對1000兆帕級高強鋼配套焊接材料的研發相對滯后。鋼材、焊材若都依賴進口，價格高昂、供貨周期長等現實困難擋在面前。

“國產化！”為打破國外壟斷，三峽人發出1000兆帕級水電高強鋼國內首次應用挑戰。

回望來時路

長期以來，高端鋼板是國內水電工程建設中繞不過去的“卡脖子”技術。隨著我國水電工程建設事業的發展，水電用鋼自主研發需求越來越迫切。2002年，三峽集團牽頭進行科研攻關，600兆帕級高強鋼成功應用于三峽右岸電站12臺蝸殼，我國水電領域開始規模使用國產高強鋼板。

2007年開始，國內鋼廠著手研發水電工程使用800兆帕級高強鋼，同步開展焊接性能研究、第三方焊接工藝評定等，成功實現了800兆帕級高強鋼在烏東德、白鶴灘等巨型水電站上的批量穩定運用。

站在前輩的“肩膀”上，天臺抽蓄電站研制應用1000兆帕級高強鋼更有底氣。2021年1月，三峽建工聯合哈爾濱電機、東方電機分別與寶山鋼鐵、南陽漢冶、興澄特鋼及南京鋼鐵簽訂聯合研發框架協議；2023年4月，確定在天臺抽蓄電站引水系統下斜井下彎段、下平洞壓力鋼管以及引水鋼岔管等部位采用1000兆帕級水電高強鋼，正式開啟國產應用之路。

關關難過關關過

目標確定了，工作就有了方向。但要實現“首次應用”，多個難題接踵而至。

第一個難題是要研制出具有高強度、高塑韌性、抗應變時效脆化特性及優良焊接性要求的1000兆帕級調質鋼板，鋼板合金成分設計是研發關鍵。

“經過上百次反復試驗，我們發現采用主合金元素設計的技術路線，匹配微合金元素處理，既能保障鋼具有優良的焊接性，又能提高鋼的塑韌性、抗裂止裂性、抗應變時效脆化特性，滿足了高水頭、大HD值電站用超高強度鋼板的要求。”寶鋼首席工程師劉自成驕傲地說。

第二個難題則是配套焊材。鋼板成為鋼管、鋼管成為長流道，均需通過焊材進行連接，如果焊材達不到標準，將直接影響壓力鋼管的安全。

為了解決這一難題，三峽建工所屬浙江天臺抽水蓄能有限公司聯合哈爾濱焊接研究所共同攻關國產配套焊材研發難題。通過開展1000兆帕級高強鋼板焊接試驗、國產化焊材應用研究與驗證等系列工作，成功研制出符合要求的國產氣保焊焊絲、手工電焊條、埋弧焊絲及焊劑，并首次應用于天臺抽蓄電站鋼岔管和壓力鋼管焊接中。

第三個難題是驗證。制作出的鋼板和焊材能否應用于工程實際，必須通過試驗驗證。

2024年9月，為驗證國產鋼板、國產焊材、配套焊接工藝的安全可靠性，確保1000兆帕級水電鋼能夠大規模應用，天臺抽蓄公司牽頭組織開展了模型鋼岔管水壓爆破試驗。

“鋼岔管設計爆破壓力為24.9兆帕，最終爆破壓力為26.5兆帕，達到了預期目標，成功驗證了鋼板和焊材的安全可靠，具備工程實際應用條件。”天臺抽蓄公司副總經理姚亮說。

最后一個難題是焊接工藝，也是應用過程中遇到的最大的難題。

在鋼岔管制作上，首次嘗試采用氣保焊焊接工藝。在攻關焊接工藝評定過程中研發了氣保焊精準工藝與保護氣體綜合調控技術，在施焊過程中首創現場焊接關鍵參數智能管控系統，工程師可遠程實時監控每臺焊機的工作狀態。此外，為保障隧洞內焊接質量，先后五次開展手工焊焊評。

4年多的時間里，天臺抽蓄電站建設者們攻克一個又一個技術難題，最終實現1000兆帕級水電用高強鋼國內首次成功應用。