山东钢铁股份有限公司王腾飞王腾飞:风电用先进钢铁材料绿色低碳技术发展及产业化

能见App 2023年10月18日 4550

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日下午,山东钢铁股份有限公司王腾飞在风电产业技术创新论坛II上发表题为《风电用先进钢铁材料绿色低碳技术发展及产业化》的主题演讲。

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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