全球看点：记者蹲点·山东好品看创新②丨铁匠之乡打出“世界第一环”

屡上热搜的“世界第一环”下高速后，11日从潍坊港乘船出发。这个产自铁匠之乡章丘的大家伙，有着怎样的前生今世，近日，记者走进厂区，带来了最全探访。

“世界第一环”这样锻成

(相关资料图)

□记者　段婷婷

被吉尼斯世界纪录认证的全球最大环轧钢环，8月5日从济南发运。路上，这个直径15.673米、通体无一道焊缝的“世界第一环”，乘着106个车轮的专用车，独占了高速公路四条车道。

这是用于我国某四代核电机组上的核电支承环，诞生在济南市章丘区一家民营企业——伊莱特能源装备股份有限公司。发运现场，一位工人放声高歌：“咱们工人有力量……”

把合金元素“揉”均质

在伊莱特，大家喜欢叫核电支承环为“乾坤圈”，不仅因其个头和重量，还因为它“神力”无穷。它被用于承载核电机组堆容器7000吨的重量，相当于顶着100节车厢组成的动车组。

作为核电机组部件，一旦安装，整个机组服役周期内无法更换。为此，“乾坤圈“采用一体成形。“焊缝存在安全隐患，因此‘乾坤圈’近50米的周长上，没有一道焊缝。”伊莱特董事长牛余刚介绍，同类产品国外都是做成6－8瓣弧形部件，然后拼焊在一起。由于核电站对安全性要求极高，如果能制造出一体成形没有焊缝的部件，对核电站的安全性肯定是一个重大的加分项。

“要锻造无缝‘乾坤圈’，就需要一块更大的坯料。”伊莱特技术研发中心副总经理银伟介绍，传统上，制造大型锻件的思路都是“以大制大”，也就是要做一个大锻件，就得先用钢水浇注出一个更大的钢坯。但是，浇注大钢坯并不简单。

“规格越大的材料，偏析越严重。”银伟解释，所谓“偏析”，就是在钢水浇注钢坯的冷却凝固过程中，本来在钢水中均匀分布的各类合金元素变得不均匀了，就像一块没有和好的面团，有的地方盐少，有的地方盐多，这样的面团做出来的饼肯定咸淡不一。对应到工程上，就是发生偏析位置的力学性能，无法满足技术要求，导致材料使用寿命变短。

为解决这一问题，伊莱特采用了中科院金属所李依依院士提出的金属构筑成形技术。这种技术是像砖头砌墙一样，用尺寸较小、冷速较快的金属坯作为基元，一层一层叠加起来，放入真空环境，将金属坯封焊起来然后加热至高温进行反复大变形，就像揉面一样，使金属坯之间的界面完全结合在一起，变成一块合金元素均质的大型钢坯。“有人可能担心，这样做出来的钢坯会不会像千层饼一样，一撕就开了。”银伟说，答案是否定的，因为在高温大变形的作用下，金属界面处会积累大量的形变储能，激发剧烈的原子扩散和动态再结晶，从而将本来分离的金属牢固地结合在一起。

1000多个日夜的反反复复

金属构筑成形理论能够从实验室走进伊莱特的车间，要从2015年说起。

当时，牛余刚正考虑筹建大锻件事业部，引进一条直径12米轧环生产线。为了加强研发力量，他找到了李依依院士，希望能在伊莱特建院士工作站。在此过程中他得知，国家正在推进的某重大核电专项，需要一个直径约16米的超大型部件。

设备只是增大了1/3的加工能力，投资却从3亿元飙升至6亿元，这对伊莱特来讲不是小数目。并且，接近16米的轧环项目在国际上没有先例，能否成功且不说，就算成功了，这类产品一两年也未必有一个订单。

当时很多人觉得不可行。面对质疑，牛余刚对公司高管们说：“咱们打了一辈子铁，过去是为了挣俩钱。现在赶上国家有这样的项目，我们要是不加上这4米，得后悔一辈子。”

于是，项目很快启动。伊莱特紧锣密鼓建设厂房、安装设备，李依依院士团队的成员搬进厂区。2016年初开始，从直径2米的规格开始试制，一点点放大。

制造核电支承环的“配方”涉及20多种不同的化学元素，多种元素配比精确到小数点后四位。此外，锻造过程对温度和时间把控极严，稍有不慎就可能导致工件内部晶粒粗大，产品性能下降，整个项目前功尽弃。

一次次失败，一次次重来，1000多个日夜，反反复复优化工艺、调整参数、专家论证。

2019年3月12日，首件1：1真实材料试验件开始轧制。现场气氛紧张极了，直到对讲机里传出声音：“可以了可以了，准备吊钩！”那一刻，现场所有人欢呼起来，牛余刚却忍不住嚎啕大哭，三年来的压力瞬间释放。

此后，专家们对试验件进行了破坏切割，严格测试与评估，最终下达了正式部件的制造许可。2019年9月和10月，两件核电支承环分别交付发运。

今年2月，伊莱特再度拿到两件核电支承环订单。“2号‘乾坤圈’生产过程中恰逢济南最热的时候，‘乾坤圈’本身1000多℃，我们的车间工作人员一天要换五六身衣服。”伊莱特技术研发中心副总赵丽美说，“我记得‘乾坤圈’锻造时，一位工人穿着隔热服，休息时把帽子从头上拿下来的瞬间，汗水从里面哗啦啦倒了出来。”此次用时5个半月，两件核电支承环便顺利完工。

传统产业高新化发展

支承环代表了核电锻件的最高技术水准，而伊莱特是目前世界上唯一能够锻造这么大支承环的企业。

创办于上世纪70年代的伊莱特，曾是一家村办锻造厂。2000年改制以后，伊莱特瞄准风电、核电、海电等新能源领域，调整赛道。近三年来，伊莱特设备、技术、人才持续升级，产业投资规模达到26亿元，其支承环、轮带、替打环、轴承环等产品在核电、海工等领域创造多项纪录，如今还涉及先进材料领域。

8月5日，在新建的伊莱特核电深海高端装备科创产业园，牛余刚介绍，“作为传统产业，锻造行业在减少耗材、减少能耗和节约成本上还有很多优化空间。为此，伊莱特重新设计工艺链条，向上游延伸至高端材料制备，规划了核电深海产业园项目，与中科院金属所、山东大学等机构深度合作，努力推动锻造行业各种先进材料、先进工艺、科研成果的产业化培育与落地。”

在新园区，原有锻造产业的下脚料可以作为材料制备的来源，材料制备后，600℃高温送至锻造车间进行加工。与以往材料外购冷送相比，减少了从室温加热到600℃的能源消耗。同时，通过近净成形、富氧燃烧等技术，大幅度减少了材料、能源消耗和碳排放。

“近年来，伊莱特专注锻造主业，不断加大研发投入，持续进行产业投资和创新，走出了一条传统产业高新化发展的新路子，为传统企业转型升级提供崭新路径。”济南市工业和信息化局党组书记、局长汲佩德表示，伊莱特的发展成果将进一步激发济南核电产业发展的动力。

关键词： 合金元素 反反复复 先进材料