氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著溫室氣體猛增，對(duì)生命系統(tǒng)形成威脅。2020年9月，我國在聯(lián)合國大會(huì)上向世界宣布了碳達(dá)峰、碳中和的“雙碳”目標(biāo)。氫能利用對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和至關(guān)重要，是我國推進(jìn)綠色發(fā)展的重要戰(zhàn)略，但我國高壓輸氫管道一直未形成規(guī)模化工程應(yīng)用，最主要問題在于高壓輸氫管道材料存在“氫脆”損傷。
“氫脆”是金屬材料吸收氫原子后導(dǎo)致塑韌性降低而產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象。氫原子很小，可以輕易滲透進(jìn)金屬材料中，在缺陷處聚集，降低金屬中裂紋萌生和擴(kuò)展所需的應(yīng)力，從而導(dǎo)致材料脆化，并且隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，材料氫脆的敏感度顯著增大。所以在首鋼的輸氫管線鋼問世之前，高鋼級(jí)輸氫材料在國內(nèi)還處于一片空白。
空白就意味著沒有成功案例作為參照，就意味著從零開始。“國家有需要，我們首鋼人就有責(zé)任，我無比堅(jiān)信我們有能力為國家研發(fā)生產(chǎn)出質(zhì)量上乘的輸氫材料。沒有經(jīng)驗(yàn)，我們就自己摸索，沒有案例，那我們就創(chuàng)造案例。”面對(duì)高難度的開發(fā)課題，首鋼技術(shù)研究院管線鋼負(fù)責(zé)人李少坡說。為了啃下這塊“硬骨頭”，李少坡迅速組建團(tuán)隊(duì)，制定周密的研發(fā)生產(chǎn)方案，展開了18個(gè)月的“抗氫脆”研發(fā)工作。
高壓氫環(huán)境下的力學(xué)特性是輸氫管線鋼的重要物性參數(shù)。李少坡帶領(lǐng)技術(shù)研究院丁文華、張俠洲、樊艷秋、劉立偉、李戰(zhàn)軍等團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室工作，從母材內(nèi)部不可逆氫陷阱類型等對(duì)氫的滲透特性的影響，到不同工藝和焊接材料條件下焊接接頭的力學(xué)性能，再到夾雜物和雜質(zhì)元素對(duì)氫致裂紋的成核和擴(kuò)展規(guī)律影響等等，積累了氫環(huán)境下不同材料的慢拉伸、斷裂韌度和疲勞數(shù)據(jù)，為高鋼級(jí)輸氫管線鋼的研發(fā)和生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
為了確保輸氫管線鋼批量生產(chǎn)潔凈度和夾雜物的質(zhì)量控制，首鋼技術(shù)研究院院長助理田志紅組織李海波、李戰(zhàn)軍、呂延春、劉金剛、季晨曦、高攀等煉鋼首席，和遷鋼基地張彩霞、郝麗霞，京唐基地張鎮(zhèn)、溫瀚等技術(shù)專員進(jìn)行了深入的技術(shù)交流，明確了輸氫管線所需的合理成分范圍和核心煉鋼工藝，制定了周密的冶煉生產(chǎn)方案。
輸氫管線鋼第一次試制結(jié)果出來后，在京唐制造部會(huì)議室，團(tuán)隊(duì)成員激烈地討論著試制的結(jié)果。“輸氫管線鋼技術(shù)含量高，這次的試制有成功的突破，也有不盡如人意的地方。”李少坡說。“這次成分控制非常好，但這次出現(xiàn)1.5級(jí)夾雜物超標(biāo)問題，一定要找出超標(biāo)夾雜物產(chǎn)出的原因和控制方法，一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，這一爐鋼寧可判廢，也不可放過。”京唐制造部熱軋室主任徐永先說。大家你一言我一語，不知不覺間已經(jīng)討論到了深夜，而這樣為產(chǎn)品精益求精的研討交流已經(jīng)是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的常態(tài)。
對(duì)于高鋼級(jí)輸氫管線鋼來說，強(qiáng)度均勻性至關(guān)重要。在軋制過程中，為了保證生產(chǎn)順利和強(qiáng)度均勻性，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李少坡帶領(lǐng)張彩霞、張鎮(zhèn)、丁文華、王志勇、李蓓等團(tuán)隊(duì)成員，系統(tǒng)分析每一個(gè)關(guān)鍵工藝點(diǎn)的控制和影響，并叮囑大家，一定把握好每個(gè)環(huán)節(jié)。第二天出性能以后，李少坡又和團(tuán)隊(duì)成員對(duì)生產(chǎn)過程的把控進(jìn)行細(xì)致研究，就這樣反復(fù)調(diào)整了不知多少次的工藝參數(shù)，他們才走出了一條從研發(fā)到批量生產(chǎn)的路子，實(shí)現(xiàn)了輸氫管線鋼高質(zhì)量、均質(zhì)化生產(chǎn)。
在輸氫材料的開發(fā)過程中，首鋼技術(shù)研究院與生產(chǎn)基地、營銷中心配合緊密，充分發(fā)揮了首鋼“產(chǎn)銷研”合作的優(yōu)勢(shì)，打破了傳統(tǒng)束縛，用先進(jìn)的理念指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)和推廣工作，先后與國內(nèi)寶雞、巨龍、華油等龍頭企業(yè)合作，成功開發(fā)了B、X42、X52、X70鋼級(jí)輸氫管線鋼。截至2月底，首鋼輸氫管線鋼已經(jīng)累計(jì)供貨5800噸，全部用于生產(chǎn)大口徑、高鋼級(jí)的埋弧焊鋼管，應(yīng)用于我國第一條長距離、高壓力（6.3MPa）摻氫管道項(xiàng)目—內(nèi)蒙古包頭臨河輸氣管線，成為國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)高鋼級(jí)輸氫管線鋼批量生產(chǎn)的企業(yè)。
“其實(shí)，從2020年開始，首鋼就開始布局，進(jìn)行輸氫管線鋼的研發(fā)和推廣，這次內(nèi)蒙古包臨線輸氫管線鋼的成功，就是技術(shù)創(chuàng)新厚積薄發(fā)的結(jié)果。”首鋼技術(shù)研究院寬厚板所所長馬長文介紹。
“從跟蹤市場(chǎng)需求，先期參與工程設(shè)計(jì)，到實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵工藝技術(shù)攻關(guān)，再到輸氫材料的規(guī)模化工程應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)制訂，我們一直保持著技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。”首鋼科學(xué)家周德光介紹。
隨著氫能的發(fā)展與相關(guān)技術(shù)的成熟和完善，大規(guī)模風(fēng)光集中制氫和長距離輸氫是未來趨勢(shì)，建設(shè)我國高壓輸氫管網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)氫能社會(huì)的終極手段。不忘初心、勇?lián)姑粩嗵嵘a(chǎn)品質(zhì)量，始終是首鋼管線鋼發(fā)展不斷追求的目標(biāo)。