首鋼集團牽頭的項目“超大型水電站用金屬結構關鍵材料成套技術開發應用”獲得國家科技進步二等獎，京唐公司副總經理、教授級高級工程師周德光作為獲獎代表參加了1月8日舉行的2018年度國家科學技術獎勵大會，并受到習近平總書記的親切接見。回首首鋼水電鋼的10年研發路，周德光感慨萬千、思潮起伏……

“堅持、認真、學習”，首鋼水電鋼研發團隊“十年磨一劍”，實打實地把這6個字付諸行動，一以貫之，久久為功。從10年前的“市場零份額、應用零業績、客戶零口碑”的起步跟跑，到今天中國水電工程建設領域“首選之鋼”的闊步領跑，譜寫出一曲蹄疾步穩、彎道超車的精彩樂章。

截至2018年底，首鋼水電鋼累計產銷4.03萬噸，實現直接創收7382萬元、利潤1000余萬元。同時，帶動下游工程施工及制造企業實現創收105億元、總利潤4.2億元。產品規格從10毫米至150毫米厚度，強度覆蓋500兆帕至800兆帕，成為國內少數幾家具備全系列整套水電鋼生產能力的鋼鐵企業；并成功應用于白鶴灘水電站以及“一帶一路”馬來西亞沐若水電站、老撾色邊色那姆水電站等國內外31個重大水電工程項目；其中，150毫米特厚水電鋼國內市場占有率100%，實現全部進口替代。

十年苦心探索，十年砥礪前行，首鋼終于在超大型水電站用鋼的研發上取得重大成功，達到該領域的國際領先水平。

四塊鋼板打響攻克水電超強鋼第一槍

時間回溯到2008年。

歷經四年奮戰，坐落在秦皇島市撫寧縣的首秦公司，已經建成一座1200立方米和一座1800立方米的兩座高爐、三座100噸轉爐和一條4300毫米寬厚板生產線，形成年產鋼200萬噸、板材120萬噸的生產規模。企業一投產就趕上多年少有的市場火爆局面，中厚板產品持續熱銷，價格一路飆升。2008年，首秦公司實現銷售收入133億元，實現利潤16億元，上繳稅金7億元。

然而，風云突變，2008年下半年，全球經濟開始衰退。2009年，持續近6年的中國鋼鐵行業從上升態勢突然掉頭向下。

傾巢之下，安有完卵。首秦公司同樣面臨產品滯銷、業績下滑的窘境。大刀闊斧地進行產品結構調整，努力開發高精尖產品，做到人無我有、人有我優，人優我更優，是年輕的首秦公司迫在眉睫的戰略任務。

2009年10月，首秦公司迎來了第一個挑戰。我國水電建設公司承建的馬來西亞沐若水電站工程，招標采購48噸150毫米特厚規格鋼板。這個電站的建設總計需要各種鋼板近1.7萬噸，而150毫米規格的鋼板僅需要48噸。建設單位提出，“國內誰能攻克150毫米規格鋼板的難關，電站所需全部鋼材的訂單就歸誰”。

這48噸的訂單，充其量也就是四塊鋼板，誰能生產出符合設計標準的四塊鋼板，就意味著誰能夠拿到1.7萬噸鋼板的訂單，更為難能可貴的是，誰就在水電鋼的國際市場上擁有了一席之地，這誘惑實屬不小。而面對這塊“送到嘴邊的肥肉”，當時國內其他鋼廠卻望而卻步。

眾所周知，水電資源在清潔能源中占有重要地位。我國水能資源蘊藏量雖居世界第一，但前些年開發程度卻不盡人意。

進入二十一世紀，國內在總結葛洲壩和三峽工程等設計建造經驗的基礎上，特大型水電站建設迎來了井噴的十年。總裝機容量從2005年的1.17億千瓦，猛增到2015年的3.2億千瓦。與此同時，水電工程建設所需鋼板的生產制造，也實現了從國外進口到國產化的飛躍，但國內有能力生產高強特厚水電用鋼的企業卻屈指可數。

水電用鋼主要用于水電站水輪機組的鋼管、岔管、蝸殼等關鍵部件，而其中供水壓力管道系統又被稱為水電站的“主動脈”，對電站的穩定安全運行起到至關重要的作用，一旦發生損傷，輕則電站需要降低設計標準運行，重則需要拆除重建。2009年，世界第四大水電站——俄羅斯的薩揚申舒斯克水電站就發生了壓力管道損毀，造成發電廠房沖毀、大量人員傷亡、西伯利亞地區大面積停電、下游河道大面積污染的嚴重事故。

馬來西亞沐若水電站所需的150毫米高強特厚規格鋼板，用于水電站供水壓力管道系統岔管的月牙肋板上，其作用是將從主管道進來的水分割并輸送到各個水輪機組上，而月牙肋板是岔管中分割水流的那塊鋼板，它是整個管道系統中受力情況最為復雜、綜合性能要求最高的一個部件，主要技術難度在于厚度規格大、強度高和低溫韌性。此前，此種鋼板完全被國外極少數頂尖的鋼鐵企業所壟斷，國內企業無人問津。而從國外進口，不僅價格昂貴且訂貨周期長、可焊性不佳。我國的建設單位迫切希望國內鋼鐵企業能夠啃下這塊硬骨頭。

48噸150毫米高強特厚規格鋼板招標書投給國內鋼鐵界后，便石沉大海，沒有一家企業敢接這個“紅繡球”。此時，在業內名不見經傳的首秦公司要不要應標，公司上下展開了激烈討論，各種意見莫衷一是。有的同志認為，國內一些干水電鋼多年的知名企業都不接單，咱們首秦建成投產才一年多，可別冒這風險。也有的同志認為，接單肯定有風險，但風險永遠與收益相伴，不入虎穴，焉得虎子。時任首鋼技術研究院水電鋼產品負責人的金茹在與首秦公司相關領導充分討論后，形成一致意見：首秦的產品結構調整勢在必行，這一步遲早要邁出去，該承擔的風險必須承擔，與其躲避風險，不如迎著風險向前闖。決心下定，首秦公司毅然接受了這“燙手的山芋”，承擔起150毫米規格水電用鋼板國產化的重任。

生產150毫米高強特厚規格鋼板面臨的第一個難題是軋鋼生產中的壓縮比問題。所謂壓縮比，是指坯料厚度和軋制鋼板厚度之比。不同鋼種、不同用途產品對壓縮比的要求不同，一般結構鋼的壓縮比要求是大于3—5倍，齒輪鋼8—10倍，軸承鋼10—12倍。壓縮比越大，低溫韌性和厚度方向性能越好。

國內幾家知名鋼企軋制特厚板均以鋼錠作為坯料，這樣能夠保證一定的壓縮比。首秦公司的4300毫米產線采用先進的全連鑄工藝流程，連鑄坯的厚度僅有320毫米，用厚度320毫米的連鑄坯生產150毫米特厚板，壓縮比僅為2.13倍，因此完成設計性能指標可謂難上加難。

如何用連鑄坯生產出高強特厚規格鋼板，實現鋼板內部組織的細化是關鍵。要保證鋼板心部性能，需要從冶煉、凝固、軋制、熱處理的全流程進行控制。在研發150毫米高強特厚規格鋼板過程中，從技術研究院的科研人員到首秦公司煉鐵、煉鋼、軋鋼的廣大領導干部、技術人員和一線工作者都付出了艱辛努力。

在冶煉、軋制等各環節完全達到工藝要求之后，通過熱處理進一步提高鋼板內部組織的細化水平則成為提高性能最為關鍵的一環。于是，從2009年10月至2010年4月，歷時半年時間，課題組圍繞熱處理工藝進行重點攻關，進行了十多輪的工業、實驗室熱處理試驗，對每一個過程中組織變化、性能變化進行詳細記錄和對比。

為了闖過熱處理的難關，參試人員從技術指標的參數設定、設備運行的穩定維護到一線職工的操作，每一個環節都做到精益求精。在那些日子里，加班加點成為大家的家常便飯。2010年春節，產品試制進入關鍵時期。秦皇島地區的氣溫降到零下20攝氏度，在生產現場，從熱浪灼人的加熱爐爐膛到滴水成冰的淬火機旁，一塊重達100公斤的試樣，在周而復始地做著重復的動作，取得大量數據后，技術研究院的科研人員夜以繼日地在顯微鏡下做試樣金相組織的圖譜分析，每一張照片、每一個數據、每一幅圖表都記錄著大家一絲不茍的執著。

功夫不負有心人。在反復實驗、優化、驗證后，終于摸索出用厚度320毫米的連鑄坯軋制150毫米特厚鋼板的辦法，在國內首次以連鑄坯軋制出了150毫米規格高強特厚水電月牙肋用鋼板，打破了國外企業對這一關鍵材料的壟斷，填補了國內空白。

四塊鋼板按時保質保量地交貨，大大提升了首鋼生產水電鋼的國際影響力，打響了生產超大型水電站用鋼漂亮的第一槍。

此后，首秦公司于2012年用時四個月，為埃塞俄比亞吉布水電站供貨560噸鋼板；2015年用時兩個月，為巴基斯坦塔貝拉IV水電站一次性全部交齊880噸鋼板，合格率100%。

從無到有是一種突破，百尺竿頭更進一步則是對卓越的追求。課題組人員秉承“沒有最好、只有更好”的信念，對水電用鋼的研發工作始終沒有停步。

隨著水電站設計要求的提高，建設單位對150毫米鋼板的性能要求也不斷提高，生產技術難度大幅度提高。課題組持續改進、苦心專研，形成了用于指導鋼板生產優化改進的組織控制理論。在這一理論的指導下，首秦公司開發的150毫米特厚鋼板，與世界上生產易焊接特厚板的鼻祖——日本JFE公司同類產品相比，實現鋼板焊接接頭冷裂紋敏感性指數下降21%，鋼板焊前預熱溫度降低45%，成材率提升20%，并形成了具有自主知識產權的600—800MPa級別系列水電鋼產品，厚度規格做到10—150毫米覆蓋，首鋼采用連鑄坯生產特厚鋼板的技術達到國際領先水平。

魚和熊掌  必須兼得

一座水電站在幾十年、上百年的運行中，各部位的鋼板每時每刻都要承受巨大的沖力、壓力，所以水電用鋼必須使用高強鋼。近年來，特大型水電站的用鋼已經達到800Mpa的超強級別，即1平方厘米的鋼板要能夠承受近7.8噸的壓力。

在水電站建設中，除水輪機組的個別部件是機械加工件外，絕大部分部件是鋼板焊接而成的。因此，水電用鋼必須具備超強的焊接性。

然而，鋼的強度與鋼的可焊性是一對矛盾，其強度等級越高、焊接性能越差，二者此消彼長。人們常說：魚和熊掌不可兼得，而在水電用鋼上，強度和可焊性又必須兼得。多年來，這一世界性的技術難題始終困擾著國內外鋼鐵界。一些科研機構圍繞如何大幅提高800MPa級別鋼板的焊接性能，做了大量的研究工作，尚未有突破性進展。

在開發水電用鋼的過程中，首秦公司和技術研究院組成的技術團隊向這世界性的技術難題發起進攻。

短短幾年時間，技術團隊走訪了水電設計院、施工局和電站建設工地二十余次，深入遠在崇山峻嶺的工程現場，了解水電鋼板的設計需求、壓力鋼管的制作、施工過程，深入水電站導流巖洞內部，實地觀察了解現場施工人員如何進行鋼板焊接作業。在黑暗、悶熱且潮濕的巖洞內，巨大的導流鋼管和犬牙交錯的巖壁之間間隙不到半米，焊接工人們在狹縫中艱難爬行，時而趴著、時而仰著，用各種姿勢焊接著鋼板，刺眼的焊弧光在漆黑的洞穴閃爍，刺鼻的藍色焊煙彌漫在空中。遇到可焊性差的鋼板，焊液像油水落在玻璃上，“滴滴答答”地滑落下來，焊工們一兩個小時焊接不了尺巴長的焊縫。親眼目睹這一場景，技術團隊人員內心一陣酸楚，我們的工人兄弟太不容易了。為了他們，首鋼人一定要把水電鋼可焊性攻下來！

在800MPa級別水電鋼產品上，首鋼技術研究院產品開發和焊接技術研究兩個團隊無縫銜接、深度融合，圍繞提升鋼板焊接熱輸入，分別針對鋼中的相關元素，在不同熱輸入下對熱影響區組織性能變化進行系統研究，同時平衡各元素對軋制、熱處理組織控制和性能方面的影響，以及綜合考慮各種元素成分對預熱溫度的影響。課題組通過大量對比實驗和數據分析，提出種種解決方案，經常是可焊性提高了，強度下來了，一個矛盾克服了，另外一個矛盾又產生了，大家毫不氣餒。經過幾個月苦戰，終于建立了一套適用于水電鋼成分設計的性能預測模型，最終確定了800MPa級別鋼板的成分設計。

首秦公司所開發的800MPa高強水電鋼，與國際上生產高強鋼的先進企業——德國迪林根公司同級別產品相比，焊接敏感性降低22%，預熱溫度降低56%，熱輸入窗口提升25%。首鋼技術研究院同時開發出的800MPa級別配套焊材，性能超過焊材領域世界公認最高水平——日本神戶鋼廠的同類產品，熱輸入最高可達50kJ/cm，焊接效率提高了1.5倍，焊縫氫含量僅為2.6ml/100g，達到了神鋼同級別產品在250℃經過2小時去氫處理后的水平，大大降低了現場施工難度和周期。

蜀道再難  任我登攀

酒香也怕巷子深。好的產品沒有好的服務，也很難得到市場和用戶的認可。時任首秦公司副總經理的周德光提出了“三個三分之一工作理念”，即三分之一的時間用于日常工作、三分之一的時間要在生產現場和實驗室、三分之一的時間多跑市場、用戶和工程現場。

2014年初，四川夾江水工機械廠遍訪國內各大鋼廠，為老撾色邊色那姆水電站壓力管道尋找合適的鋼板和焊材供應商。但由于色邊色那姆水電站位于老撾高原之上，最大設計落差達902米，屬世界之最，技術難度極大，因而對鋼板性能，尤其是焊接性能就提出了很高的要求。對方在咨詢了國內其他先進鋼廠受阻之后，帶著失落的心情來到了首秦公司。在周德光的積極組織下，首秦公司和技術研究院密切配合，通過自主創新，為用戶提供了從鋼板到焊接材料，再到焊接技術的全套解決方案，在技術上取得了對方的完全信任。最終，在與其他鋼廠的競爭中，實現了非最低價中標。

在這個過程中，有這樣一個故事。那是2014年7月份，四川夾江水工機械廠定在某天下午召開招標會，周德光得知后便與團隊成員一行4人，事先訂好了前一天下午2點多從首都機場飛往成都的機票。那天中午他們提前到達首都機場，可當天正趕上成都下大雨，航班從下午2點多延遲到晚上6點、晚上9點，成都的大雨仍然下個不停，直至晚上10點，機場通知取消此次航班。而此時首都機場第二天早晨飛往成都的航班已經沒有票了，這可把他們幾人急壞了，參加不了投標會，就等于失去了競爭機會，近半年的技術攻關也會“泡湯”。這可怎么辦？情急之中，他們馬上聯系天津機場，幸運地是，天津機場明早飛往成都的機票尚有幾張余票，他們馬上下單搶了下來。晚上11點，他們坐上開往天津的大巴，到達天津已是凌晨。為了不影響早起乘機，他們沒有下榻旅館，直接到達天津機場，在候機大廳的長椅上坐等……

原本5個小時的行程，他們足足用了24小時。周德光和他的戰友們有驚無險地拿下了這一訂單。

如果說中標之路是驚心動魄后的峰回路轉，那么產品推介之路更是克服重重困難后的步履堅定。

2014年8月13日，項目團隊赴昆明烏東德項目部進行產品前期推介工作。烏東德項目部位于四川會東縣和云南祿勸縣交界的金沙江河道上，是金沙江水電基地下游河段四個水電梯級——烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩水電站的第一梯級。這里地勢險要、山高坡陡，最大落差達2500米，水電站建設項目部坐落在云霧繚繞的山上，蜿蜒崎嶇的盤山路最窄的路面只有2米，車輛在坑坑洼洼的山路上顛簸行進。山路兩旁，一面是陡峭的巖壁，一面是萬丈深淵。低頭下望，滔滔的金沙江仿佛一條銀蛇，在腳下的深谷里穿行，朵朵白云不時從車窗邊掠過，車輛仿佛飛機一般在空中穿行，令車內的人無不感到頭暈目眩，緊張得心都提到了嗓子眼。誰也不愿望向窗外，只有硬著頭皮向前看。項目組在克服了車輛發生故障、大雨造成山路塌方等重重考驗后，歷經7小時走完264公里的行程。

“真不愧是蜀道之難，難于上青天啊！”他們準時出現在建設單位領導的辦公室，打開筆記本電腦：“您好，我們首鋼水電鋼的產品優勢和技術特點是……”

就是憑著蜀道再難、任我登攀的精神，首鋼的技術團隊拿下一個又一個特大型水電站的訂單。

獨占鰲頭  再展雄風

正是源于首鋼人堅韌不拔的責任心和使命感，加上過硬的產品和技術，十年間，首鋼水電用鋼系列產品從無到有、后來居上，連續多年在國內市場占有率第一，為我國“西電東輸”和“一帶一路”國際能源合作事業作出了重要貢獻。

十余年的時間，在首秦公司與首鋼技術研究院的通力合作下，實現了水電鋼材料設計開發、關鍵生產技術、關鍵焊接材料和應用技術等方面一系列重大突破，開發了超大型水電站金屬結構關鍵材料成套技術，尤其是高焊接性800兆帕級鋼板、150毫米規格特厚板、適應大熱輸入的配套焊材及高效焊接技術，達到國際領先水平。

首鋼生產的150毫米特厚水電板在國內市場占有率達100%，成功應用于31個國內外重大水電工程，其中8座位于“一帶一路”沿線。截止到2018年底，累計工程收入105億元，效益4.2億元。在來自國內外超大型水電站的應用反饋中，從產品性能、焊接技術到售后服務，無不展現著首鋼產品超強的國際競爭力，首鋼水電鋼已經成為中國制造業的一張國家名片。首鋼牽頭研發的“超大型水電站用金屬結構關鍵材料成套技術開發應用”成果，不僅能為國民經濟發展提供清潔能源、改善生態環境、促進區域經濟協調和可持續發展作出突出貢獻，也將帶動海洋工程、能源裝備、建筑等領域用材的升級，推廣應用前景廣闊。

如今，首秦公司的中厚板產線已戰略轉移到首鋼京唐公司。

2019年，恰逢新中國成立70周年，首鋼建廠百年的特殊歷史節點。首鋼水電鋼項目團隊將勇挑重擔、繼續奮斗，牢牢把握國內外特大型水電站裝備升級的契機，為取得800兆帕、1000兆帕等級別厚規格高端水電鋼生產及焊接技術新突破奮力拼搏，為中國的水電鋼事業作出新的更大貢獻。