3D打印重大装备大型锻件制造即将破冰

来源：中为咨询www.zwzyzx.com 【日期：2016-11-11 15:41:12】【打印】【关闭】

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一个大型铸锻件的成形过程是极其复杂和烦琐的。以下是某轧机机架简略的铸造加工过程和相关数据。其铸造过程主要有：铸造工艺设计、模样制作、造型、制芯、浇注、落砂、割冒口、热处理、表面处理、粗加工、二次精整及精加工等。在此过程中由附表的数据中可知整个过程中的劳动力、材料、能源等的大量消耗和过程之复杂，并且整个铸件的生产周期长。

核电、火电、水电、石化、冶金、船舶等行业现代重大工业装备正向大型化、复杂化、高性能参数和极端条件下高可靠性、长寿命服役方向快速发展。重大工业装备的日益大型化和服役要求极端化，使其所需的高强度钢、耐热合金等重型关键金属构件尺寸越来越大、性能和质量要求越来越高。

百万千瓦级核电机组常规岛耐热高强钢低压整体转子锻件是目前世界上所需钢锭最大、锻件毛坯重量最大、截面尺寸最大、技术要求最高的实心锻件，转子构件重量为170吨，其锻坯制备需600吨级钢锭，目前世界上只有日本JSW（日本制钢所）等为数不多的几家企业具备制造能力，其超临界机组高中压复合转子则要求整体转子两端有不同的性能，转子构件重量在100吨左右，锻坯制备所需钢锭超过了200吨。

百万千瓦核电机组核岛部分的压力壳、蒸汽发生器、稳压器的壳体和管板等重型关键构件均需采用技术要求高、规格大、形状复杂的低合金钢锻件来加工制造，尤其是其反应堆压力容器合金钢整体顶盖、下封头、锥形筒体等形状复杂的超大型核心构件及蒸发器管板都需要整体锻造。

上述重型构件的制造，需要数百吨级大型钢锭冶炼、铸造和万吨级水压机等重型锻造工业装备，且制造工序多、工艺复杂、质量控制难度大、生产周期长、构件成本高。

研究报告我国目前重型金属构件制造能力尚不能满足重大装备发展的需要，核电机组反应堆合金钢压力容器壳体和不锈钢主管道、蒸汽发生器合金钢壳体和管板、稳压器壳体、超临界和超超临界汽轮机组耐热钢转子、大型水轮机转轮等相当数量的关键重型金属构件尚依赖进口。

采用金属3D打印技术实现高致密度、高性能重型金属构件精密坯件的增材制造，成型的构件精密坯件再经后续特殊热处理和小余量的机械加工即可制造出高质量的重型金属构件，其主要优势：

1）无需百吨级以上的大型熔炼和铸锭基础设施。2）无需万吨级重型锻造工业装备及其大型配套设施。3）重型金属构件电熔精密成型构件冶金质量高、性能好。4）重型金属构件电熔精密成型坯件精密，机械加工余量小，节省材料（材料利用率可达65~85%以上）。5）生产工序少、周期短、成本低。

核电装备领域：

目前大型锻件是核岛、常规岛设备制造的关键材料。其运用相当广泛，主要分成合金钢锻件，不锈钢锻件和整体锻件等。蒸汽发生器，稳压器的壳体和管板，主管道，汽轮机低压整体转子，发电机转子，蒸发器下封头，压力容器整体顶盖，锥形筒体等核岛常规岛主设备均要使用铸锻件。

按1000MW设备投资在72亿计算，铸锻件的总价值在约为7~8亿。根据中国一重披露核岛锻件价值在每吨24~25万，而铸件价值的估计在10万/吨。基于设备重量，可以计算出各种设备所需主要锻件的价值表。

核电站主要设备的锻件价值测算

调查报告根据测算，核心主设备的铸锻件总价值占设备总投资的比重约为设备投资比重的12%，根据上文完成2020年在运加在建8800万千万目标核电设备投资总额在2400亿元左右，则核心主设备的铸锻件价值接近300亿市场空间。

火电装备领域：

根据国家发改委重大技术装备协调办公室公布资料，预计到2020年，全国装机容量将达到900GW左右，因此，大型燃煤机组每年约增加100台。根据中国重型机械工业协会统计，每台大型燃煤机组平均需要大型锻件约230吨，大型铸件约250吨。预计每年火电需要的大型锻件约2.3万吨，大型铸件约2.5万吨。按照从锻件毛坯到成品锻件的成品率55%计算，火电平均年需毛坯铸、锻件约7万吨，市场容量巨大。

水电装备领域：

我国水利资源非常丰富，但开发程度只有20%左右。中长期来看我国的水电事业仍然将继续发展，根据《可再生能源中长期发展规划》估计，未来10年内将新增单机容量50万千瓦及以上大型水电机组200多台，每年平均新装20台。按照每台大型水电机组需锻件250吨，大型铸件150吨计算，我国每年需要水电大型铸锻件8000多吨。按照从锻件毛坯到成品锻件成品率55%算，水电设备年均需求毛坯铸、锻件1.6万吨以上。

石化装备领域：

根据《世界能源展望2008》预测，中国的石油需求增长远高于世界增长，平均每年增长3.5%，而世界能源增长仅为每年1%。根据国家发改委《炼油工业中长期发展专项规划》和《石化产业调整和振兴规划》，预计我国原油加工能力到2020年达５亿吨左右，将新建和改造20多个千万吨级大型炼油厂，炼油厂配套的大型加氢反应器的需求量相应增加，其中千吨级以上加氢反应器占1/3，预计每年需锻焊结构的厚壁重型容器30台左右，市场规模大约40-50亿元。

冶金设备领域：

我国是钢铁材料生产和消费大国，随着钢铁工业的技术升级和结构调整步伐进一步加快，预计“十二五”期间，每年冷热连轧机新建和配件所需锻钢支承辊约1000支左右，毛坯锻件约7万吨（每支毛坯锻件重70吨）；每年中厚板轧机锻钢支承辊新建和配件约150支（每支毛坯锻件重100吨），毛坯锻件约1.5万吨。热轧工作辊每年需要毛坯锻件约3万吨。合计起来，每年需在万吨级水压机上生产的大型轧辊毛坯锻件接近12万吨。

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