具有自主三代核電的“華龍一號”作為中國核電走向世界的國家名片，設備國產化率上升到了88%，這一數字背后凝聚著上下游產業鏈5000多家企業的協同攻關。其中，湖南湘投金天新材料有限公司（以下簡稱“金天新材”）成功突破國外對核電凝汽器用鈦焊管的技術壟斷和市場封鎖，并于2020年11月入選國家級專精特新“小巨人”企業。近日，筆者走進這支平均年齡39.5歲的核級鈦焊管國產化團隊，一窺核電站作為世界上最復雜的能源系統國產化道路之曲折。
卡住核電裝備“脖子”的關鍵材料
鈦焊管是核電汽輪機凝汽器的核心材料，主要用于核電站常規島的冷卻系統，運行原理跟空調相同，但對于介質的要求完全不一樣。
1臺核電機組里，有10萬多支鈦焊管密密麻麻嚴陣以待。1支核級鈦焊管，長度約18米，相當于6層樓高，直徑卻只有2.1厘米，就像礦泉水瓶蓋的大小，厚0.5毫米，與手指甲蓋厚度相當。如果把這些管子連接起來，長度接近2000公里。它們不允許有任何缺陷和泄露，而且使用壽命要保持至少30年。
出廠前，這些鈦焊管要經過各種各樣嚴格的檢驗和檢測，包括化學成分分析、尺寸精度、力學性能、硬度、焊縫宏觀、殘余應力分析、渦流檢測、超聲波檢測、表面銅離子濃度檢查、水壓檢測等。為了通過這些嚴苛的檢測，上游“鈦礦-海綿鈦-熔煉-鍛造-熱軋-冷軋-帶卷成型-焊管焊接”等整個產品生產環節都分別對應著各種高標準要求。
“簡而言之，核級鈦焊管各項指標都比常規的鈦焊管標準嚴格1倍以上，對品質要求非常苛刻，在行業里應該是金字塔頂端的要求。”金天新材董事長彭丹告訴筆者，如果鈦焊管出現缺陷和裂紋等導致泄露，核電設備就要停機，造成的經濟損失每天以數千萬元計算。
10多年前，中國沒有自主知識產權的鈦焊管。美國、日本、歐洲等發達國家和地區壟斷的不僅是其關鍵制備技術，還壟斷著上游的原材料——鈦帶卷。“核級鈦焊管能否成功，超過50%的因素取決于原材料。當時國外賣給中國，原材料比鈦焊管的售價還要高，以價格倒掛，制約中國企業，即便做成鈦焊管也沒有市場競爭力。”彭丹回憶，當時，日本鈦焊管約80%的市場都在中國的核電領域，所以價格賣得很高；而中國進口鈦焊管，不僅價格高，且訂貨周期至少2-3年以上，還會遭遇拖延交貨時間的情況。
橄欖枝+傾銷式打壓 沖破國際封鎖
為了突破國外對高端鈦材的技術壟斷，湖南湘投控股集團著力發揮國有資本服務實體產業的重要作用，10余年來，累計投入數十億元，以金天新材的母公司湘投金天科技集團為平臺，對標國際一流，布局鈦的全產業鏈，著力攻克鈦帶卷、鈦焊管的國產化難題，從2008年鈦焊管立項開始，就瞄準了被“卡脖子”的核電市場。
2011年3月，日本福島核電站發生事故，中國的核電建設按下“暫停鍵”。然而，金天新材并沒有停滯，而是緊密跟蹤中國核電市場，并開始轉向通過火電、海水淡化、空冷等領域的國產化探索，從中國的第一臺火力發電用的鈦焊管，到第一臺海水淡化的超薄鈦焊管……陸續在多個領域實現突破。而這一切，都在為挑戰核電級別工程做技術儲備和實力積淀。
“雖然是進口的生產線設備，但是日本以及歐美的發達國家對我們搞技術封鎖，不會把關鍵技術和最先進的設備賣給我們，我們在熟悉設備的同時，立即開始自主研發關鍵技術，通過自主創新和技術改造使得進口生產線真正成為世界一流的鈦焊管設備。”彭丹回憶道，此后，日本企業先是拋來“橄欖枝”，試圖收購金天新材，未果之后，則改為傾銷式打壓。價格戰一路從40多萬元/噸、38萬元/噸到原來價格的三分之一。幸而，金天新材在積極進行全球戰略布局的同時，從降本增效著手堅持市場化競爭。
隨著鈦焊管國產化，日本、歐洲的老牌企業逐步退出鈦焊管產業，這進一步提升了中國鈦材精深加工產業的國際地位。目前，日本、美國、歐洲都需從中國特別是金天新材采購高性能鈦焊管，未來核電項目也將逐步從中國采購。
彭丹說，按照1臺百萬千瓦核電機組核算，對耐蝕鈦換熱管的需求約230噸，相比進口價格高峰時，1臺百萬千瓦機組節省投資就達1億元以上，全面國產化能節省數十億元人民幣，并且能帶動上下游相關配套的產業發展。由此推算，金天新材沖刺全球第一大鈦焊管專業制造商，近在咫尺。
湖湘精神譜匠心 攻克國產核級鈦焊管生產難關
“不能說喜歡，應該說是熱愛。”當別人問道是否喜歡這份工作時，劉文韜如是說。劉文韜30歲出頭，是金天新材生產部副線長，在他爽朗而清新的笑聲里，筆者能感受到他對機械制造的情愫。據他的同事們說，不管有多晚，不管在不在工廠，生產上遇到問題，一個電話呼叫，劉文韜都會第一間趕到現場。實際上，沒有熱愛和執著，在精益求精的生產中，是難以堅持下來的。
自2015年接到能源局國家重大專項《大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站》《中核電熱交換器用高性能耐蝕換熱管國產化研制與產業化示范》項目，金天新材第一時間成立“華龍一號凝汽器用鈦焊管國產化項目”團隊，分成軋輥與成型、焊接與檢測、材料與傳熱研究三個小組協同攻關。
“當初得知安排在我負責的生產線上做核電項目鈦焊管的時候，第一感覺是壓力巨大，生產的管子絕對不能有任何質量問題。我跟我的團隊都必須拿出十二分精神，拿出每個人最大的能力來把管子做好。”劉文韜這樣回憶當時的緊張心情。團隊第一時間對生產線進行了全面的排查、維護保養。生產的時候，每一項操作，都會形成一個生產記錄，跟管子的壽命一樣保存在冊30年以上，做到質量永久可追溯。
核級鈦焊管的材質、力學性能、彈性模量等與一般鈦焊管完全不同，制備工藝都需要重新再摸索，尋找最佳狀態。一步又一步，一關又一關，研發團隊用兩年時間啃下了軋輥成型技術“硬骨頭”。
技術部副經理張望成是這支隊伍中唯一的90后碩士，講起核級鈦焊管，他滔滔不絕。他告訴筆者，為了弄清并解決一個個技術難點，同事們經常凌晨兩三點還在車間奮戰。“有一天我們做管子的時候，管子突然開裂。是焊接參數不對，焊接電流大，還是原材料有夾雜，成型時沒有成型好……”張望成記得很清楚，為了追根溯源，三個小組在一起開會研究，然后逐一驗證，反復調整參數、軋輥，然后再去研究材料的性能，很是繁瑣。經過很多次嘗試和實驗才解決了這個問題。
這15位實干的青年團結一心，不談條件，并肩奮斗，攻克、優化了一個個技術指標。在今年湖南省慶祝“五一”國際勞動節暨先進集體先進個人表彰大會上，這支團隊被授予“湖南省工人先鋒號”榮譽。
央地攜手再攻難關 攀上核電級鈦焊管高峰
2019年，金天新材得到多方認可，開展“華龍一號”高性能耐蝕鈦焊管項目的研發和承制。2020年，金天新材成為“華龍一號”首臺套凝汽器用高性能鈦焊管產品的承制單位。至此，我國第三代核電主流堆型凝汽器用鈦焊管已經開始全面國產化，金天新材助力中國核電強國走出國門。
目前，該核級鈦焊管項目已經申請國家專利22項，國家核電領域相關產業技術標準9項，關鍵核心工序形成了專有知識產權。
“金天新材作為一家地方國企，具有擔當和使命意識，解決了我國核電高端裝備用關鍵材料‘卡脖子’問題，這是核電關鍵設備材料國產化、自主化的重要組成部分，是核電國產化進程中具有里程碑意義的重大事件。”2020年11月，80多歲高齡的中國工程院院士、核反應堆及核電工程專家葉奇蓁在“華龍一號”首臺套凝汽器用高性能鈦焊管國產化開工見證會上指出。
據了解，金天新材后續將通過技術改造升級，提高效率，力爭在國際市場做精做強的道路上實現從并跑到領跑。
攀登上核級鈦焊管這座高峰，湘投金天科技集團并不滿足于此。“下一步，我們將致力打破核電板式換熱器用鈦板帶被國外企業壟斷、長期依賴進口的局面。”據彭丹介紹，板式換熱器不僅用在核電站的常規島，還用在核島內，對安全性要求更高，目前，核電板換用的高性能鈦帶卷仍然主要被日本、美國所壟斷。湖南湘投金天鈦金屬股份有限公司、中國核電工程公司以及蘭州蘭石換熱設備公司等多方自2019年協作開展科研攻關，目前，已經完成了多項核心工藝技術攻關，生產的核電板式換熱器用高性能鈦板帶通過了成分、性能、耐蝕、耐沖刷等檢測和裝機應用驗證，并通過了核電行業《核電板式換熱器用高性能鈦板帶國產化研制》的專家鑒定，有望在年內實現首個訂單。
