科技日报记者 赵向南 通讯员 姚旭东
9月15日，中国宝武太钢集团（以下简称“太钢”）宣布，其研发的900兆帕级超高强磁轭钢成功应用于西藏扎拉水电站840吨重的巨型转子，成为该“心脏”安全高速运转的关键材料。该转子已精准吊装，是全球单机容量最大的500兆瓦冲击式水电机组核心部件。
“这是全球首台应用于500兆瓦冲击机组的超高强磁轭钢。”太钢技术中心热轧研究所所长赵彦峰表示，这证明国产材料能满足世界级巨型水电机组对强度、韧性和可靠性的严苛要求，标志我国高端水电用钢达世界领先水平。
转子是水轮发电机能量转换的核心，磁轭钢则是其“骨架”，由成千上万片扇形钢板叠压组装而成，既要承受高速旋转的巨大离心力，又要承担导磁任务，直接决定发电机的安全稳定性和发电效率。
我国自主设计的乌东德、白鹤滩大型混流式机组使用的是750兆帕级磁轭钢，已代表世界水平。但冲击式机组主打超高水头工况，扎拉水电站水头接近700米，水流冲击转轮的载荷工况比普通混流式机组更严苛，对磁轭钢强度要求更高，需从750兆帕提升至900兆帕。太钢技术中心高强结构钢高级主任研发师曹永录表示，这是全球水电史上的首次探索，无现成经验可借鉴。
从750兆帕到900兆帕，非简单升级，而是闯入材料研发“无人区”。曹永录介绍，强度越高，钢板越易变形，要同时保证强度、磁性、平整度、厚度和精度，生产加工难度倍增。
同时，磁轭钢是特殊钢材，提高强度会降低材料磁感应强度，影响发电效率；若优先保证磁性，强度又无法承受冲击式机组的巨大离心载荷。太钢技术中心高强碳钢板材首席研发师付培茂说，要解决这一天然矛盾，既要保证屈服强度900兆帕，扛住极限工况下的巨大离心力，又要保留优秀磁性能，保障发电效率，这是材料成分设计、冶炼工艺上的第一道难关。
磁轭钢加工也面临挑战。强度提升后，轧制过程中钢板易翘曲、波浪变形，厚度公差、板面平整度控制难度大增。磁轭由上万片钢板层层叠圆组装而成，单块钢板轻微翘曲、厚度不均，叠装后整圆就会失圆。付培茂说：“转子高速旋转时，微小变形都会放大成巨大震动，威胁机组运行安全。”研发团队无现成工艺参数，只能反复试错，历经五年攻关，解决板形、厚度、表面质量等难题，将实验室成果落地到工业生产线上。
磁轭钢生产出来还需通过叠圆检测这一“大考”。太钢研发团队将大量钢板按真实工况叠拼成环形，检测接缝、圆度、尺寸、装配适配性，模拟真实转子装配状态，检验钢板加工性能与尺寸精度。今年3月24日，900兆帕级磁轭钢完成叠圆检测，全部指标一次性达标。付培茂说，这证明国产钢材完全匹配世界最大冲击机组的严苛装配要求，打通了“材料研发—工业生产—工程验证”的完整链条。
除材料本身，磁轭钢应用在海拔近3000米的扎拉水电站，面临高寒缺氧、昼夜温差大等特殊环境。曹永录表示，巨型转子吊装、设备安装、部件运输都要面对高原特殊环境带来的额外施工难题。太钢与建设方等多方协同，共同完成极限条件下的工程落地。
随着840吨转子的成功吊装，太钢900兆帕级磁轭钢正式融入国家重大工程建设。目前，该公司正在研发1000兆帕级磁轭钢。赵彦峰表示，太钢在水电用钢领域不断跨越，背后是坚持创新驱动、推动产品高端化的坚定步伐，更是钢铁工业服务国家重大战略、实现高水平科技自立自强的生动写照。
（太钢供图）
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