中國寶武鋼鐵集團有限公司高級主任研究員黃衛(wèi)鋒：中國寶武高性能風電用鋼解決方案

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩(wěn)定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關于“全球風電產(chǎn)業(yè)布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發(fā)展前景”“國際風電市場發(fā)展動態(tài)及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月18日上午，中國寶武鋼鐵集團有限公司高級主任研究員黃衛(wèi)鋒在風電產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新論壇I上發(fā)表題為《中國寶武高性能風電用鋼解決方案》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

各位嘉賓上午好，今天我給大家?guī)碇袊鴮毼涓咝阅茱L電用鋼解決方案，分三塊：風電用鋼現(xiàn)狀、TMCP高強鋼的優(yōu)勢、Baowind用鋼情況。

目前每年就風電的基礎用鋼量新增600-800萬噸，全球范圍內(nèi)風電用鋼量達到1億噸，而且目前隨著風電行業(yè)在進行大型化高效化的發(fā)展也遇到成本的壓力，我們想通過鋼材技術的創(chuàng)新給大家?guī)斫当镜男Ч?nbsp;   

目前風電機組來講，塔架占整個成本的30%，在當中又有80%的成本屬于原材料鋼材的成本。所以說鋼材成本本身對于主機廠和業(yè)主，成本的壓力也是比較大的，也是比較敏感的。所以寶武看到風電用鋼的發(fā)展方向，也看到具體應用工作。

隨著目前海上風電做的比較大，單樁來講預期最大直徑可以做到15米，長度可以達到150米，鋼板厚度可以做到150mm。后來也有專家估計接下來達到單裝一根鋼管4000噸，對于吊裝的影響也是非常大的。另外導管架也是越來越大，就風塔本身而言也是越來越大，像16兆瓦的塔桶直徑可以達到8米，單重達到800多噸。

越來越大造成鋼板生產(chǎn)和塔桶制造，也是造成很大的困擾。塔架越來越大，壁厚也是越來越大，長度也是非常大的。現(xiàn)在15米直徑的塔桶，要求鋼桶長度40米。隨著鋼板的單重增加，生產(chǎn)制造難度也非常高，現(xiàn)在采用拼接的方式解決這個問題，但也會帶來其他的問題，對于整個制造難度是增加的。

對于塔桶制造本身來講，隨著厚度的增加，對于三管成型的能力要求越來越高。厚度越厚，焊接的時間和質量也是難以保障的，重量的增加對于吊機能力和風電的安裝船能力要求越來越高，所有的這些問題給我們提出能不能有更好的方式解決。

就風電用鋼來講，無論這么大的尺寸或者單噸這么大，我們的用鋼材料非常低，用整個標準當中最落后的工藝來生產(chǎn)。目前來講，無論是海上或者陸上的風電鋼，用的材料級別就是最普通的355，也就是對于海上風電來講，一般用的國標712，相當于標準當中最低的材料。相比于傳統(tǒng)72來講，去年標準增加后可以增加960，對于陸上塔桶來講用的是191，現(xiàn)在用的也是Q35，對于這個標準最高鋼級也是達到690，所以也是用標準中最低強度級別的材料，所以提升的空間非常大。

我們用標準整體來講要求比較低，其實對于后續(xù)鋼材加工所需要的焊接性、疲勞性能，在主流的主機廠當中沒有涉及。所以說，這些要求對于后期的加工制造非常關鍵，但這沒有反映在現(xiàn)有風電行業(yè)技術要求當中。

另外是材料制造工藝全部以是政府工藝為主，最大的問題是碳排放比較高，因為需要熱處理，而且能夠制造鋼材最大的強度級別有限，最大是460，強度再高是做不了的。目前先進的工藝在風電行業(yè)得到的認識不足，反觀其他的行業(yè)，風電安裝船，大批量采用高強鋼，這些應用可以為風電行業(yè)來去建。就我們對風電鋼的預測，后續(xù)高性能風電鋼有幾個突出的特點。

一是高性能，二是可焊性，三是制造過程要綠色低碳，采用最先進的制造工藝不需要熱處理，同時希望減少用鋼量和碳排放，四是低成本，雖然說性能和工藝提高，總的成本還是要下降的。

介紹一下TMCP高強鋼的優(yōu)勢，目前大家所用的材料是19世紀40年代出現(xiàn)的，在19世紀60年代出現(xiàn)了調(diào)制處理的扎制工藝，70年代出現(xiàn)TMCP工藝，目前來講用最簡單的工藝，里面最大的問題在于正火和正火工藝只能適用于低強度的材料，調(diào)制工藝可以達到非常高的強度，但最大的問題是不好焊，一般用于不需要焊接的場合。TMCP覆蓋的鋼級比較廣泛，同時韌性、可焊性比正火調(diào)制要好，所以我們認為TMCP在峰頂行業(yè)應用前景廣闊。   

同時，目前正火用40、355碳鋼量大于0.43，如果用TMCP工藝，即使做到460，碳鋼量可以降低到0.40左右。如果在基礎上加上一定的核心，我就可以把碳鋼量進一步降低0.33。如果在基礎上再稍微加一點合金，從這個意義上來講TMCP具有的優(yōu)勢，能夠細化，包括提高疲勞強度。

基于工藝情況下，中國Baowind構建355-500的風電鋼，最大厚度可以做到120，突出的特點是可以實現(xiàn)高效銜接，目前的用量也非常廣泛。在材料的設計之初考慮到后續(xù)材料的加工工藝，包括焊接工藝，已經(jīng)形成非常完整后續(xù)加工指導工藝的規(guī)范。

目前，Baowind風電用鋼的解決方案包含兩部分，一是純粹用高強本身，二是在高強本身的情況下增加高疲勞，能夠進一步降本。先說高極限方案，目前塔桶推薦用420、460，希望用Q420為大家降本，同時出現(xiàn)高塔可以做到K500，目前主流的420方案，比如說右邊的案例是在新疆比較項目，采用355和420經(jīng)濟性的對比。420原來是346噸，用到420直接減重40噸。

從去年6月份開始，所有的主機廠在大批量應用420材料，有一些主機廠基本上一半設計，已經(jīng)用420材料替代。海上目前的幾大設計院，也在設計420和460替代方案。

這個構建塔（PPT）采用的是550方案，比傳統(tǒng)的355減重非常大，采用鋼管是用保鋼制造的1.4米直徑，現(xiàn)有塔一般是3米一段，這個不需要那么多的焊縫，整個產(chǎn)能非常高，成本也非常低。

高疲勞的方案，剛剛只是提到高極限，風電運行環(huán)境當中，大部分情況下對于焊縫疲勞強度要求非常高，我們要提高壽命減少用鋼量，我們做三種材料的對比，355疲勞強度是DC92，420疲勞極限101，500是155。這就意味著壽命可以延長這么多或者說把材料的壁厚減薄。

同時做附件焊縫，做的次數(shù)是1000萬次。基本上它是屬于無限疲勞壽命，附件疲勞做到110兆帕，420提升13.8%，都比對接焊縫疲勞強度高一些。

在今年4月份的時候，北京鑒衡全程參與做實驗的過程，給我們頒發(fā)疲勞性能提升的技術評估復合性報告，也是全球鋼鐵行業(yè)或者風電行業(yè)第一家取得證書，而且大家能夠用高疲勞的方案設計證書。可以在現(xiàn)有的基礎上進一步減重20-40噸，就去年來講寶武風電鋼供貨量也非常大，大家認為高強之后韌性會下降，無論是-20或者-40，性能永遠是非常高的，在標準的情況下做各位置的評價，最低也就是在100多家。

最后給大家介紹一下碳鋼量的設計，采用TMCP工藝后，其實是500采購，碳鋼量只有0.39，現(xiàn)在Q935是0.42%，所以我們認為寶武高強系列材料，從可靠性的角度上來講是優(yōu)于35材料。這是TMCP業(yè)績表，涉及到國內(nèi)外不同強度級別的材料也都有。

我們希望大家在風電行業(yè)，能夠更多的用高性能的風電鋼材料，對于寶武來講為了區(qū)別現(xiàn)有的材料和寶鋼新開發(fā)材料的區(qū)別，所以我們申請Baowind這么一個品牌，也希望通過寶武在行業(yè)內(nèi)的推動，讓大家用到更多高性能的風電鋼，推動整個行業(yè)的進步。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）