太鋼異型鋼制造新太陽

□沈 佳

太鋼異型鋼制造新太陽

□沈 佳

我國科學(xué)家正在積極參與國際大科學(xué)科技合作項(xiàng)目“人造太陽”計(jì)劃。作為不銹鋼產(chǎn)能全球第一的太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司，決心成為最好和最重要的不銹鋼材料供應(yīng)商。

高起點(diǎn)瞄上大計(jì)劃

6000攝氏度是地球的核心溫度，1600萬攝氏度是太陽的核心溫度，上億攝氏度是“人造太陽”的核心溫度?！叭嗽焯枴比Q“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆”，簡稱“ITER”，是目前僅次于國際空間站的國際大科學(xué)科技合作項(xiàng)目，旨在實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)，為人類提供可持續(xù)清潔能源。

我國作為7個(gè)成員方之一，與歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和印度一起共同實(shí)施這個(gè)規(guī)模宏大而意義深遠(yuǎn)的項(xiàng)目。作為不銹鋼產(chǎn)能全球第一的太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司，則承擔(dān)了“人造太陽”中關(guān)鍵裝置所需的多種特殊不銹鋼材料的研制。今年初，其產(chǎn)品通過國際認(rèn)證，向“ITER”計(jì)劃小批量供貨。

核聚變原理并不復(fù)雜：當(dāng)兩個(gè)質(zhì)量較輕的原子核聚合為一個(gè)較重的新原子核時(shí)，大量電子和中子能夠逃離原子核束縛，帶來巨大能量。自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚。氘在海水中儲量極為豐富，1公升海水里提取的氘，在完全聚變反應(yīng)中可釋放相當(dāng)于燃燒300公升汽油的能量。核聚能理所當(dāng)然成為無污染、無放射性核廢料、資源無限的理想能源。

太鋼軍工與核電產(chǎn)品開發(fā)業(yè)務(wù)部項(xiàng)目經(jīng)理張寶林與“人造太陽”第一次結(jié)緣是在2007年春天。中科院的一位研究員問他，太鋼能否制造“人造太陽”需要的一種外方內(nèi)圓的異型鋼管。張寶林說，常見鋼管要么圓要么方，這種奇怪的鋼管冶煉成分、公差精度、探傷要求等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)復(fù)雜、高難、嚴(yán)苛，極其難以實(shí)現(xiàn)。太鋼科研團(tuán)隊(duì)遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，一些人出現(xiàn)了畏難情緒。但太鋼集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)卻異常清醒地認(rèn)識到，參與“ITER”計(jì)劃是重大發(fā)展機(jī)遇，太鋼作為全球規(guī)模最大的不銹鋼企業(yè)，決心成為“ITER”計(jì)劃中最好和最重要的不銹鋼材料供應(yīng)商。

高要求體現(xiàn)競爭力

聚變反應(yīng)，說起來容易做起來難。兩個(gè)輕核聚合成重核需要超高溫度和壓力，對太陽來說，這很容易。太陽中心的溫度高達(dá)1600萬攝氏度，而且自身重力大，既有高溫又有高壓，核聚變能持續(xù)發(fā)生，從而不斷釋放能量。而在地球上模擬太陽，需要把溫度提升到上億攝氏度，在如此超級高溫下，混合了氘、氚的氣體原子中帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核完全脫開，各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)、持續(xù)碰撞才能產(chǎn)生核聚變反應(yīng)。

如何絕對避免高溫等離子體逃逸？在超級高溫下，任何固體材料都將“灰飛煙滅”?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)出一種名為“托卡馬克”的環(huán)形容器。張寶林打比方說，超導(dǎo)磁體線圈產(chǎn)生的超強(qiáng)磁場編織成一個(gè)密不透風(fēng)的“磁籠子”，利用磁力線把高溫等離子體約束在有限的容積內(nèi)進(jìn)行環(huán)形循環(huán)，完全不與“人造太陽”的腔壁接觸，氘、氚氣體加熱到上億攝氏度后產(chǎn)生核聚變，輸出能量。

我國承擔(dān)“人造太陽”計(jì)劃中的12個(gè)采購包任務(wù)，要用到大量要求極高的不銹鋼產(chǎn)品。這些產(chǎn)品不僅要在常溫下檢測各項(xiàng)指標(biāo)合格，更要在接近絕對零度（-273℃）下符合標(biāo)準(zhǔn)。其工作介質(zhì)為液氦，在-269℃的超低溫下電阻為零形成超導(dǎo)，在超導(dǎo)狀態(tài)產(chǎn)生超強(qiáng)電流，從而形成強(qiáng)大磁場?！氨饍芍靥臁?，要求不銹鋼產(chǎn)品具有不一樣的品質(zhì)。

“人造太陽”供應(yīng)商必須是各行各業(yè)中的翹楚。太鋼作為連續(xù)多年不銹鋼產(chǎn)量全球第一和國內(nèi)不銹鋼行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，當(dāng)仁不讓地參與到產(chǎn)品的研制中，這既是競爭實(shí)力的體現(xiàn)，也是強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感的體現(xiàn)，更是企業(yè)高瞻遠(yuǎn)矚、志存高遠(yuǎn)戰(zhàn)略定位的體現(xiàn)。

用高難度填補(bǔ)空白

“國內(nèi)沒有相關(guān)經(jīng)歷借鑒，也沒有人見過國外如何采用擠壓技術(shù)生產(chǎn)這些異型產(chǎn)品，而且廠里的設(shè)備也是用于生產(chǎn)圓形鋼管，我們毫無經(jīng)驗(yàn)可取?！碧摬讳P鋼管公司總工程師康喜唐說，“當(dāng)時(shí)拿起圖紙一頭霧水，看著上百頁英文資料，無從下手?！?/p>

以“ITER”計(jì)劃校正場采購包用L型鋼的研發(fā)為例。L型鋼是含氮不銹鋼，硬度很高，擠壓加工時(shí)，用力不足不能成型，而用力過猛，又很容易發(fā)生悶車現(xiàn)象。擠壓物隨時(shí)可能變成飛行炮彈，擊穿廠房，發(fā)生安全事故。如何把握溫度控制和變形過程，把擠壓力控制在設(shè)備允許范圍內(nèi)，是一個(gè)大的挑戰(zhàn)?？迪蔡坪蛨F(tuán)隊(duì)傷透了腦筋，他們廢寢忘食、夜以繼日地研究和改善生產(chǎn)工藝參數(shù)，優(yōu)化工模具設(shè)計(jì)和制作，嚴(yán)密控制生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的具體操作，反復(fù)試驗(yàn)。半年后，L型鋼研制成功。得到這一消息，“ITER”計(jì)劃國際組織校正場采購包負(fù)責(zé)人和歐洲核子研究中心的材料專家第一時(shí)間飛抵太鋼，拍照記錄、采集數(shù)據(jù)，并發(fā)表在《ITERNEWSLINE》上。

這些年來，太鋼為核聚變和核裂變研制出L型、U型、T型、H型鋼矩形管等一大批產(chǎn)品，形成一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核用不銹鋼異型材生產(chǎn)技術(shù)，屢次獲得重大技術(shù)突破，填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)和國際空白。目前已獲冶金科技成果獎(jiǎng)2項(xiàng)，獲國家授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng)，并按照核電質(zhì)保體系嚴(yán)格要求，形成一整套專有技術(shù)和操作方法，樹立了核電領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的地位。

高水準(zhǔn)選用太鋼造

“人造太陽”的材料采購主要分為四個(gè)階段：研發(fā)、國際認(rèn)證、小批量生產(chǎn)和批量生產(chǎn)。目前，太鋼制造的復(fù)合板材、不銹鋼板材和擠壓異型材已經(jīng)通過國際認(rèn)證。國際專家認(rèn)為，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了“ITER”計(jì)劃采購規(guī)范要求，有的指標(biāo)甚至大大超過原來的設(shè)計(jì)要求。今年年初，磁體支撐、校正場線圈、磁體饋線等采購包相繼進(jìn)入小批量采購階段，它意味著，太鋼產(chǎn)品已經(jīng)躍升到“人造太陽”新階段，未來的核聚變領(lǐng)域?qū)⒂性絹碓蕉嗵摦a(chǎn)品。

目前，中國科學(xué)家已經(jīng)攻克了中國采購包任務(wù)中遇到的所有技術(shù)難關(guān)。我國交付“ITER”計(jì)劃的部件實(shí)現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，且全部一次性合格，按期交付。張寶林說，“人造太陽”要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)堆、示范堆、商業(yè)堆三個(gè)階段，這個(gè)過程大約需要50年時(shí)間。“人造太陽”項(xiàng)目一旦實(shí)現(xiàn)，人類將告別對地球敲骨吸髓式的能源掠奪，能源危機(jī)問題將得到根本性解決。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)偉大夢想，越來越多太鋼人積極投身于“人造太陽”追夢隊(duì)伍中。