2025年8月底，浙江天台抽水蓄能电站2号下平洞压力钢管最后一条合拢缝焊接残余应力检测完毕，1000兆帕级压力钢管及钢岔管安装工作圆满完成，实现1000兆帕级水电高强钢在国内首次成功大规模应用。该项成果入选国家能源局第五批能源领域首台(套)重大技术装备名单(目前已公示结束)。
三峡集团所属三峡建工联合水电产业链上下游企业历时4年全面完成1000兆帕级特厚钢板及焊材国产化研发应用。
不畏浮云遮望眼
钢材是水电工程建设的核心材料之一。在高海拔、高寒地区和高水头、大容量水电工程建设中，对钢材的强度、塑性、韧性等性能要求更为严格。其中引水压力钢管、钢岔管、蜗壳等关键核心承压部件因为受水流冲击压力大等因素，对钢材的要求几乎可以用“苛刻”来形容。
在诸多指标中，抗拉强度是衡量钢材力学性能的核心关键。强度越高，代表能够承受的拉力越大，在遇到高落差水流冲击时，钢材表现就越稳定。1000兆帕级高强钢意味着1平方厘米要承受10吨的力。此外，在同等设计工况下，随着材料强度的增加，钢板厚度会减小，可有效降低重要部件重量和焊接工作量，从而缩短施工工期，降低施工成本。
天台抽蓄下水库俯瞰图。
浙江天台抽水蓄能电站额定水头724米、单机容量42.5万千瓦，是世界在建额定水头最高、国内单机容量最大的抽水蓄能电站。同时面临高水头、大容量的双重挑战，如何选择适配的水电工程用钢是天台抽蓄建设者需要率先解决的难题之一。
三峡集团已在白鹤滩水电站大规模应用800兆帕级高强钢。“如果沿用800兆帕级高强钢，为保障工程安全，所用钢材最大壁厚将达84毫米，差不多成人单手的宽度。”三峡建工机电技术中心副主任李海军向记者介绍，“超厚钢板会给加工制作带来许多难题，比如卷板、焊接、运输、安装等等。若使用1000兆帕级高强钢，厚度约为54毫米左右，比800兆帕级减厚三分之一。”
然而水电工程1000兆帕级高强钢只有日本、欧洲少数国家能够批量稳定生产，国内对1000兆帕级高强钢配套焊接材料的研发相对滞后。钢材、焊材若都依赖进口，价格高昂、供货周期长等现实困难，直接挡在天台抽蓄建设者面前。
“国产化!”为打破国外垄断，天台抽蓄发出1000兆帕级水电高强钢国内首次应用挑战。
“‘敢闯无人区、敢啃硬骨头’一直是三峡人的鲜明特点，我们也责无旁贷。”姚亮说。
回望来时路
长期以来，日本、欧洲部分国家在水电行业高性能钢板研制上走在前列，且国外钢厂主导了水电行业高端钢板技术标准及规范的制定。高端钢板成为国内水电工程建设中绕不过去的“卡脖子”技术。
随着我国水电工程建设事业的发展，水电用钢自主研发需求越来越迫切。2002年，三峡集团牵头进行科研攻关，联合鞍钢等上下游单位自主创新，600兆帕级高强钢成功应用于三峡右岸电站12台蜗壳，我国水电领域开始规模使用国产高强钢板。
2007年开始，国内钢厂着手研发水电工程使用800兆帕级高强钢，同步开展焊接性能研究、第三方焊接工艺评定等，成功实现了800兆帕级高强钢在乌东德、白鹤滩等巨型水电站上的批量稳定运用。
站在前辈的“肩膀”上，浙江天台抽蓄研制应用1000兆帕级高强钢更有底气。2021年1月，三峡建工联合哈尔滨电机、东方电机分别与宝山钢铁、南阳汉冶、兴澄特钢及南京钢铁签订联合研发框架协议;2023年4月，确定在天台抽蓄电站“引水系统下斜井下弯段+下平洞压力钢管以及引水钢岔管”等部位采用1000兆帕级水电高强钢，正式开启国产应用之路。
天台抽蓄1000兆帕级水电高强钢应用部位。
“很多前辈为我们蹚出了一条光明的道路，让新一代水电人能够站得更高，也有义务走的更远。”三峡建工所属天台抽蓄公司工程管理部专业师刘华青说。
成就容易却艰辛
目标确定了，工作就有了方向。但要实现“首次应用”，多个难题接踵而至。
为提高问题解决效率，三峡建工所属天台抽蓄公司牵头相关参建单位成立科技创新党员攻关小组，定期召开碰头会研究解决实际问题。难题在一次次头脑风暴、激烈讨论中逐个破解。
第一个难题是要研制出具有高强度、高塑韧性、抗应变时效脆化特性及优良焊接性要求的1000兆帕级调质钢板。钢板合金成分设计是研发关键，在以往的试验中，高碳、高合金含量板坯容易产生星裂与中心偏析，影响钢板的塑韧性、抗裂止裂特性及抗应变时效脆化特性，同时恶化钢板的可焊性。
“经过上百次反复试验，我们发现采用主合金元素设计的技术路线，匹配于微合金元素处理，既能保障钢具有优良的焊接性，又能提高钢的塑韧性、抗裂止裂性、抗应变时效脆化特性，满足了高水头、大HD值电站用超高强度钢板的要求。”宝钢首席工程师刘自成骄傲地说。
通过优化化学成分配比、改良热处理工艺等措施方法，工程师们终于找到强韧性匹配的窗口，在保障高强度的基础上成功研发出高韧性1000兆帕级高强钢板。
第二个难题则是配套焊材。钢板成为钢管、钢管成为长流道，均需通过焊材进行连接，如果焊材达不到标准，将直接影响压力钢管的安全。而国内焊材研发应用相对滞后，大跨步向前需要有坚实的技术支撑。
“找准焊材与钢板‘完美’融合的平衡点非常难，需要在等强匹配、等韧匹配、等成分匹配等原则中进行统筹考虑。”刘华青向记者介绍。
为了解决这一难题，三峡建工所属天台抽蓄公司联合哈尔滨焊接研究所共同攻关国产配套焊材研发难题。通过开展1000兆帕级高强钢板焊接试验、国产化焊材应用研究与验证等系列工作，成功研制出符合要求的国产气保焊焊丝、手工电焊条、埋弧焊丝及焊剂，并首次应用于天台抽蓄电站钢岔管和压力钢管焊接中。
第三个难题是“验证”。制作出的钢板和焊材能否应用于工程实际，必须通过试验验证。
2024年9月，为验证国产钢板、国产焊材、配套焊接工艺的安全可靠性，确保1000兆帕级水电钢能够大规模应用，三峡建工所属天台抽蓄公司牵头组织开展了模型钢岔管水压爆破试验。
“钢岔管设计爆破压力为24.9兆帕，最终爆破压力为26.5兆帕，达到了预期目标，成功验证了钢板和焊材的安全可靠，具备工程实际应用条件。”三峡建工所属天台抽蓄公司副总经理姚亮说，“而且在这次试验中，我们要求使用手工焊，也为后续引水隧洞内焊接打下了技术基础，提供了宝贵经验。”
最后一个难题是焊接工艺，也是应用过程中遇到的最大的难题。
在钢岔管制作上，首次尝试采用气保焊焊接工艺。在攻关焊接工艺评定过程中研发了气保焊精准工艺与保护气体综合调控技术，在施焊过程中首创现场焊接关键参数智能管控系统，工程师可远程实时监控每台焊机的工作状态。
在以往的实践中，国外一些水电工程因钢板焊接接头出现延迟裂纹，导致出现爆管问题，造成难以估量的损失。天台抽蓄高强钢板应用部位为下斜井下弯段和下平洞，洞内风大潮湿、焊接条件差，容易造成焊缝冷裂倾向增大。
“为保障隧洞内焊接质量，我们先后五次开展手工焊焊评。”水电十二局天台抽蓄项目部金结工区(压力钢管制作安装)项目负责人吉智勇说，“同时每个单元格采用型钢架、三防布进行装修，还配置送风机、除湿机、焊烟收集器等设备，为焊接提供良好工作环境。”
2025年4月，天台抽蓄公司组织召开2024年度劳动和技能竞赛表彰大会，水电十二局天台抽蓄项目部作为“先进集体”接受表彰。“每一条焊缝都是承诺，每一米钢管都是责任。”吉智勇坚定地说。
关关难过关关过。4年多的时间里，天台抽蓄建设者们攻克一个又一个技术难题，最终实现1000兆帕级水电用高强钢国内首次成功应用。
“除了总结经验之外，后续我们还有很多工作要做。”三峡建工所属天台抽蓄公司负责人景茂贵说，“首次应用只是开始，我们有责任为后续高水头、大容量抽水蓄能及冲击式机组提供经验借鉴，为国家水电开发重大战略需求提供技术支撑。”
浙江天台抽蓄电站引水隧洞内，监理工程师正在进行引水压力钢管焊缝检查。不远处的地下厂房内，国内首台单机容量最大抽蓄机组总装调试紧锣密鼓开展，为实现年底首机投产发电目标做充足准备。三峡水电建设者正以“大国重器必须掌握在自己手里”的使命担当，在抽水蓄能领域继续勇攀高峰。