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燃?xì)廨啓C(jī)是現(xiàn)代制造業(yè)的“動(dòng)力之源”，其中的渦輪高溫葉片則是燃?xì)廨啓C(jī)的核心部件之一。日前，上海市科委重大專項(xiàng)課題“高溫合金葉片制造技術(shù)研究”在上海大學(xué)通過專家驗(yàn)收，這也標(biāo)志著該領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)技術(shù)已接近國(guó)際最高水平。

安裝中的重型燃?xì)廨啓C(jī)

葉片技術(shù)制約我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展

燃?xì)廨啓C(jī)被公認(rèn)為世界上最難制造的機(jī)械裝備，又稱制造業(yè)“皇冠上的明珠”。它是大型客機(jī)、特種船舶和民用發(fā)電等領(lǐng)域的主要?jiǎng)恿υ粗�一，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率已達(dá)到42%以上，是最高效的動(dòng)力設(shè)備之一。

據(jù)專家介紹，渦輪高溫葉片是燃?xì)廨啓C(jī)的核心部件，在高溫、高速、高應(yīng)力和高腐蝕的環(huán)境下工作，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，對(duì)組織性能和加工質(zhì)量要求極高，國(guó)外對(duì)此項(xiàng)技術(shù)嚴(yán)格保密，嚴(yán)重制約我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展。

為解決上述問題并推動(dòng)上海市高端制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，2008年上海市科委設(shè)立重大研究專項(xiàng)課題，針對(duì)當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的F級(jí)256兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)渦輪高溫葉片開展技術(shù)研究和攻關(guān)，由上海大學(xué)和其它幾家單位共同承擔(dān)。

形成獨(dú)特的工藝路線

據(jù)介紹，渦輪葉片的制造原理是將鎳基金屬溶液澆鑄在模具中，再進(jìn)行冷卻結(jié)晶，過程類似于冬天水汽在玻璃窗上遇冷結(jié)晶形成“冰花”。渦輪葉片能否耐受高溫、是否有足夠的強(qiáng)度，和結(jié)晶過程中的溫度以及晶體形成的數(shù)量、甚至方向都有關(guān)系。一般來說，晶粒數(shù)越少，葉片的耐高溫性越好，也越能勝任發(fā)電機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)等高功率設(shè)備用途。目前行業(yè)內(nèi)最難的技術(shù)，是讓整個(gè)葉片成為一個(gè)晶粒，即“單晶”技術(shù)。此外，如果讓晶粒有序地向一個(gè)方向排列，也能提高葉片強(qiáng)度，避免斷裂，此項(xiàng)技術(shù)為“定向”技術(shù)。

通過四年的努力，課題組在上述兩種技術(shù)路徑上均有突破，還形成了自己獨(dú)特的工藝路線。例如，通過施加磁場(chǎng)控制，避免金屬溶液在結(jié)晶過程中無序流動(dòng)，使成品的材料密度更加均勻；通過設(shè)置葉片不同位置的溫度梯度，控制晶體生長(zhǎng)速度等。

據(jù)課題負(fù)責(zé)人、上海大學(xué)教授任忠鳴介紹，課題組在合金凈化、精鑄控制、工藝優(yōu)化等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功研制出F級(jí)256兆瓦重型燃?xì)廨啓C(jī)渦輪第二級(jí)高溫合金定向凝固葉片。同時(shí)，在上海大學(xué)建立起的高溫合金葉片研究中心，已形成燃?xì)廨啓C(jī)等高溫合金精密鑄造熱端部件的制造技術(shù)研究、工藝試驗(yàn)、產(chǎn)品檢測(cè)和小批量生產(chǎn)的能力。目前，課題組已經(jīng)為微型燃?xì)廨啓C(jī)試生產(chǎn)了三臺(tái)份（套）高溫渦輪葉片，用于試機(jī)和試車。同時(shí)還為國(guó)內(nèi)精鑄企業(yè)試生產(chǎn)了燃?xì)廨啓C(jī)高溫渦輪動(dòng)力葉片、導(dǎo)向葉片和矢量噴口導(dǎo)向葉等關(guān)鍵部件。

有望突破國(guó)際高價(jià)壟斷

據(jù)了解，由于國(guó)外對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的嚴(yán)格封鎖，目前我國(guó)大部分電廠的燃?xì)廨啓C(jī)都是整機(jī)從國(guó)外購(gòu)買，這些設(shè)備價(jià)格不菲，一臺(tái)就需要花費(fèi)十幾億元，而維修設(shè)備更是源源不斷地巨資投入。

任忠鳴給記者算了筆賬：一片進(jìn)口單晶葉片的造價(jià)約在40萬元左右，經(jīng)過中間代理商賣給中國(guó)廠家，價(jià)格翻了2.8倍，即112萬元，一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)需要由數(shù)級(jí)渦輪葉片組成，其中1級(jí)渦輪葉片需由96片這種的單晶葉片組成，也就是說，僅1級(jí)渦輪葉片的購(gòu)買價(jià)格，就在1億元左右，也就難怪整臺(tái)設(shè)備開出如此天價(jià)。

任忠鳴說，等生產(chǎn)工藝穩(wěn)定之后，上海大學(xué)自主研發(fā)的單晶葉片造價(jià)大約為10萬元/片，僅為國(guó)外價(jià)格的1/4，這無疑將大大降低電廠、大型客機(jī)、特種船舶等使用燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域的成本，而國(guó)產(chǎn)單晶葉片投入市場(chǎng)，大約還有3―5年的路程要走。

驗(yàn)收專家組對(duì)此建議，上海市政府及有關(guān)方面對(duì)該項(xiàng)目繼續(xù)給予大力支持，使上述成果進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定和工程優(yōu)化，并加速其在重型燃?xì)廨啓C(jī)開發(fā)和制造領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，建議進(jìn)一步開展F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)透平的第一級(jí)高溫合金單晶空心葉片的研制工作，從而為提升我國(guó)的高端制造業(yè)服務(wù)。

仍需重點(diǎn)突破核心技術(shù)

據(jù)介紹，我國(guó)的燃?xì)廨啓C(jī)制造業(yè)始于上世紀(jì)五十年代，六十至七十年代各汽輪機(jī)廠都曾研制生產(chǎn)過燃?xì)廨啓C(jī)。當(dāng)時(shí)主要是參照前蘇聯(lián)技術(shù)，進(jìn)行仿制和自主設(shè)計(jì)，成功研制了部分燃?xì)廨啓C(jī)。但隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，天然氣供應(yīng)不足，燃?xì)廨啓C(jī)研制在逐步失去市場(chǎng)。上汽、哈汽的燃機(jī)項(xiàng)目無奈下馬，高校的燃機(jī)專業(yè)關(guān)停，大量燃機(jī)人才轉(zhuǎn)行。30年的斷層讓我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)錯(cuò)過了國(guó)外高速發(fā)展的時(shí)期，迅速與國(guó)際水平拉大了差距。近10年來，隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的調(diào)整，燃?xì)廨啓C(jī)才重新步入發(fā)展的快車道。

此前，記者從中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)委員會(huì)了解到，要加快燃機(jī)發(fā)展速度，進(jìn)行跨越式發(fā)展，就要引進(jìn)、消化、創(chuàng)新聯(lián)動(dòng)，重點(diǎn)突破核心技術(shù)，包括：金屬材料冶煉制造、葉片噴嘴加工技術(shù)、大型部件熱處理、大型部件復(fù)合總成、計(jì)算機(jī)控制、檢測(cè)儀表，也包括能源綜合技術(shù)、熱電聯(lián)供技術(shù)、燃?xì)庹羝�循環(huán)技術(shù)、振動(dòng)測(cè)試分析等。