宝钛集团:向海洋进军

“能够搭载科研人员下潜到大洋深处,祖国了不起,陕西科技了不起。”部分观众在陕西省庆祝中国共产党成立100周年主题展现场,围着宝钛集团研制的“深海勇士”号钛合金载人球壳模型感慨道。

从下潜深度4500米的“深海勇士”号到创造10909米中国载人深潜新纪录的“奋斗者”号,宝钛集团深海潜水器团队研制的钛合金载人球壳作为载人潜水器的核心部件,为科研人员提供了硬件保障和安全屏障。

“‘奋斗者’号钛合金载人球壳研制成功,标志着我国深海载人探测装备实现了由‘并跑’向‘领跑’的历史性跨越。”宝鸡钛业股份有限公司总经理、团队带头人贾栓孝说,“为实现海洋强国的战略目标,我们团队将在海洋用钛材料和装备的研发上加大科技创新,力争在舰船、深潜器、海洋资源开发等领域取得新的突破。”

“深海勇士”号 初试牛刀

为提高核心部件国产化水平,提升自主创新能力,国家提出研制“深海勇士”号载人潜水器。2010年,宝钛集团深海潜水器团队承接了载人球壳的研发任务。
“之前‘蛟龙’号搭载的载人球壳是从俄罗斯进口的,采用了瓜瓣成型方案,由多块板材加顶盖焊接而成,焊缝较多。”宝钛股份新品开发处处长王永梅说,“为进一步提高载人球壳的安全可靠性,我们大胆提出了半球整体冲压成型的方案,除孔座外,整个球壳只有一道焊缝。”

方案制定了,摆在项目团队面前的是一个个技术难关:厚度达90毫米的超厚宽幅板材制备、钛合金半球整体冲压成型技术、大尺寸不间断焊接、新型配套焊丝研制等,每一项都没有经验可以借鉴,都需要科技创新。

瞄准关键技术的突破,项目团队集结了宝钛集团的科研和工程技术骨干,包括熔铸厂、锻造厂、板带厂、宽厚板公司、线材厂、宝色特种设备等单位的一线骨干严把各个关口,确保熔炼、锻造、板材轧制、半球整体冲压成型、焊接等质量优良。

“我们边创新边试验。为实现一次技术突破,项目团队往往要经历数十次甚至数百次的试验创新、工艺方案调整,直至技术指标完全合格。”王永梅说,“以两个半球对接的赤道缝焊接为例,其厚度大,且长度近7米不能间断,焊接技术是一大难题。团队进行了多轮多次的试验和改进,才解决了这一难题。”

就这样,经过1000多个日夜的奋斗,宝钛集团深海潜水器团队攻克多个技术难关,完成了“深海勇士”号钛合金载人球壳的研制。项目验收时,验收组专家和评价组院士一致认为:项目在钛合金大厚度、大宽度和大重量钛合金材料制备、半球整体成型、电子束焊接等方面具有重大技术突破和创新,形成了具有我国自主知识产权的相关技术,填补了多项国内空白,整体技术达到国际先进水平。

之后,该载人球壳被应用到“深海勇士”号上,实现了4534米的最大下潜深度。它的成功研制,大大提高了我国钛合金制造的整体水平和科研能力,结束了我国深潜器载人球壳依赖进口的局面。目前,该载人球壳已随“深海勇士”号完成了200余次下潜任务。今年5月,在搜救印尼海军“南伽拉”号潜艇行动中,“深海勇士”号大显身手,先后完成了13个潜次的勘测任务。

“奋斗者”号 挑战极限

在“深海勇士”号之后,宝钛集团深海潜水器团队又承接了“奋斗者”号载人球壳的研制任务,向万米深海进军。
“‘奋斗者’号对载人球壳的承压能力要求更高。水下每增加10米,相当于增加1个大气压的压力,按照1.1万米的设计深度,这相当于在1平方厘米的面积上产生1.1吨的压力,就好比是成年人的指甲盖上要承受一头大象的重量。”宝钛股份新品开发处高级工程师雒水会说。

为满足设计要求,项目团队反复测算,决定选用有一定预研基础的高强度、高韧性新型钛合金材料,但还需进一步优化该钛合金材料成分。“为了让载人球壳的强度、韧性、塑性达到最佳匹配状态,必须控制好板材的热工艺参数,尽量让不同部位、不同厚度的板材同时达到同一温度。”雒水会告诉笔者,“为达到目标温度,需要通过升温、断电等手段进行人为干预,不间断地进行监控、评判、调整,团队成员经常工作20多个小时不休息。”

在“奋斗者”号钛合金载人球壳的研制过程中,共使用了6块12吨重的板材,熔炼、锻造、轧制等都达到了装备的生产极限,最终顺利完成了载人球壳的加工。雒水会介绍,过去一个新型钛合金板材的研制,一般不少于8年时间,而“奋斗者”号这个极具历史挑战性的任务从材料研制到完成球壳制造,仅仅用了4年。

2019年,宝钛制造的“奋斗者”号钛合金载人球壳通过验收,成为目前世界上最大、搭载人数最多的潜水器载人球壳。自2020年10月10日起,“奋斗者”号赴马里亚纳海沟开展万米海试,成功完成13次下潜,其中8次突破万米,11月10日8时12分,“奋斗者”号创造了10909米的中国载人深潜新纪录,标志着我国在大深度载人深潜领域达到世界领先水平。

瞄准深海装备 持续创新

“从4500米到10909米,6000多米的跨度,标志着企业以科技创新为引领实现了高质量发展。同时,我们也打造了一支多学科交叉融合的高层次研发团队。”王永梅说。

截至今年6月,宝钛集团深海潜水器团队共申请国家发明专利及实用新型专利14项,制定相关国家标准5项;获得省部级特等奖1项、一等奖6项。除此之外,C919大飞机、CZ-5大推力运载火箭等,都使用了该团队研制生产的钛及钛合金等关键性稀有金属材料。

“钛合金具有高比强、耐高温、耐海水腐蚀性和焊接性好等特性,被广泛用于研制生产深海、深空、航空等高端产业领域装备的核心部件。”王永梅说。“一代材料,一代装备”,大力发展海洋用钛是实现海洋强国战略目标最有效的途径之一。

“近年来,我们团队一直致力于海洋用钛的研发工作,实现了多个产品的新突破,下潜深度6000米的产品能够覆盖98%以上的海域。我们的6000米级载人潜水器用钛合金载人球舱研制已取得了重要突破,实现了企业在载人深潜器用钛合金载人舱研制的谱系化发展。”王永梅说。

近5年,代表我国最尖端技术水平的海洋工程装备核心钛合金部件,无一例外均由宝钛集团深海潜水器团队研制。“建造深海装备是人类认识、保护、开发海洋的必然选择之一,建设深度在1000米左右的装备用耐压舱体,技术上已经比较成熟,我们将在降低成本、提供效率等方面加强科技攻关。”王永梅告诉笔者。

“习近平总书记在庆祝中国共产党成立100周年大会上指出,要推动高质量发展,推进科技自立自强。作为科技工作者,我们将在海洋用钛材料和装备研发上继续做好科技创新,加快科技成果转化,为建设海洋强国贡献陕西科技力量。”贾栓孝说。

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