3.6万吨黑色金属垂直挤压机是世界上最大的金属挤压机，被列为国家新时期十大标志性技术装备。内蒙古北方重工业集团有限公司（以下简称：“北方重工”）承担的国家重大科技专项 “3.6万吨黑色金属垂直挤压机及工艺研究” 课题已于2012年3月6日顺利通过工信部专家组验收，标志着我国已成为能够制造世界上最大的黑色金属挤压机设备和生产高端大口径厚壁无缝钢管的国家。世界上最大的黑色金属挤压机的成功自主研制，打破了长期以来国外对我国在超大吨位的黑色金属挤压机装备及大口径厚壁无缝钢管挤压工艺的技术封锁和市场垄断，这一重大事件已载入我国装备制造发展的历史，也在世界重工业发展历史上留下了绚丽的一页。

立项背景

党的“十六大”提出了“2020年全面建设成小康社会”的宏伟目标，在此目标及相关政策指导下，我国电力工业快速发展。在“以煤为基础、以电力为核心”的能源发展战略指导下，超（超）临界机组成为火电的主要发展方向，但当时国内超（超）临界发电设备用φ273～1066mm、壁厚20～130mm耐高压大口径厚壁无缝钢管90%需依赖进口，严重制约了我国电力工业的建设与发展。

我国在大口径厚壁无缝钢管产品生产工艺上主要采用锻造镗孔工艺和拉拔工艺生产，与国外先进的挤压工艺技术相比有很大的差距。在国际上，大型的挤压装备只有美国等少数几个国家有，其中美国威曼高登公司拥有当时世界最大的3.15万吨垂直挤压机，技术上我国一直受到国外的封锁和垄断。要想改变我国在大口径厚壁无缝钢管全部依赖进口的局面，就必须实现大型的黑色金属挤压装备的研制和先进的挤压工艺研究，实现大口径厚壁无缝钢管的制造技术的跃升。

北方重工是我国“一五”期间156个重点项目建设单位之一，是国家特大型军工企业。经过50多年的建设与发展，北方重工已具备特种钢的冶炼、铸锻造、热处理、机械加工和总装调试等生产能力，已是国内一家生产工艺门类齐全、技术力量雄厚、科研手段完备并且综合加工能力强的大型企业集团。为解决国家需要，北方重工秉承“铸强国利剑，造富民坚犁”的企业宗旨，坚持服务国防和国民经济建设两大使命，于2006年开始对大型挤压工艺及设备进行研究论证，并得到了国家工业和信息化部、科技部、财政部、发改委以及内蒙古自治区政府的支持。2009年，工业和信息化部将“3.6万吨黑色金属垂直挤压机及工艺研究”课题列入“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项，由北方重工承担并实施。

图1 3.6万吨垂直挤压机工作现场

项目实施的创新与突破

“3.6万吨黑色金属垂直挤压机”属于万吨级重型装备。万吨级重型装备制造是一个国家制造能力的标志，涉及设计、制造、运输和安装的诸多难题，属于“极端制造”领域。本课题在研制3.6万吨黑色金属垂直挤压机的同时，还需配套建设一台1.5万吨制坯机以及63台套相关辅助设备，形成大口径厚壁无缝钢管规模化生产线。

在国家工业和信息化部重大专项办的领导下，北方重工以建立创新型国家为己任，以“产学研”结合为手段，与清华大学、内蒙古工业大学、上海应用技术学院、机械研究总院、中冶京诚、太重集团、中冶京唐、沈阳重锻、上海异型钢管厂以及北京天利创玻璃制品公司等20余家单位协同攻关，于2009年初完成了3.6万吨挤压机、1.5万吨制坯压机和两台压机共用液压电控系统的安装。2009年6月26日，1.5万吨制坯压机一次热试车成功，之后，2009年7月13日完成3.6万吨挤压机首次热试车，成功挤出了第一支大口径厚壁无缝钢管。从2009年7月至2009年10月，经三个月的努力探索，挤压工艺逐步稳定，产品质量大幅提高，项目成功进入小批量生产，这不仅打破了美国威曼·高登公司在世界上的垄断，而且取得了一批标志性科技成果和发明专利。

在压机设计制造方面，该项目突破了压机设计、大型铸锻件制造、超重机架钢丝预应力原位缠绕、主油缸制造、超重机架整体安装、超大液压系统安装调试以及设备安装调试等技术关键，创造了多项世界第一，形成了重型缠绕结构剖分坎合–钢丝预应力缠绕—整体安装的技术体系，实现了重型装备制造和安装技术的重大创新。

在挤压工艺方面，该项目突破了工模具设计制造、大吨位钢锭制坯、氧化皮去除、玻璃粉润滑、玻璃垫制备及钢管挤压等关键工艺难题，成功打破了美国威曼·高登公司大型挤压技术垄断，实现了大口径厚壁无缝钢管挤压技术的跨越式发展。

2011年2月25日，3.6万吨黑色金属垂直挤压机组项目通过部级鉴定，鉴定委员会对这一重大科技成果给出的鉴定结论为：开创性地运用预应力钢丝缠绕和剖分-坎合技术，成功研制了目前世界上最大的3.6万吨（360MN）黑色金属垂直挤压机和1.5万吨（150MN）穿孔制坯液压机；研究了钢丝蠕变特性，制定了钢丝蠕变设计规范，为预应力钢丝缠绕技术在重型锻压装备上的运用奠定了基础，开创了一条重型装备制造的崭新技术路线，实现了我国在此领域的重大跨越。鉴定委员会专家还认为：3.6万吨黑色金属垂直挤压机组的研制完成项目预期目标，整体技术水平达到了国际领先。

图2 3.6万吨垂直挤压机成功挤出第一支钢管

推动行业进步的作用和意义

科技重大专项“3.6万吨黑色金属挤压机及工艺研究”课题的实施，打破了国外的技术垄断，推动了我国重型挤压装备和重型挤压工艺的跨越式发展。具体表现为：

1. 成功建造了世界上最大的金属垂直挤压机，总体技术水平达到国际领先，提升了我国重型装备自主研发的能力和水平。

2. 完成了我国首条大口径厚壁无缝钢管挤压生产线建设，开发了批量生产重型挤压工艺，生产出的超（超）临界电力用大口径厚壁无缝钢管质量水平与进口钢管相当，提升了我国生产大口径厚壁无缝钢管的能力水平。

3. 3.6万吨黑色金属垂直挤压机研制成功后，与配套的附属设备构成一条具有自主知识产权的大口径厚壁无缝钢管生产线，成为国内大口径厚壁无缝钢管主要生产基地，实现了大口径厚壁无缝钢管的批量生产，挤压生产出如 SA106C、15CrMoG、P11、P12、P22、12Cr1MoVG、12Cr2MoG、P91和P92等火电站用无缝钢管，P280GH、16Mo3及WB36等核电站用无缝钢管，树立了企业在国内外的形象，确立了企业高端大口径厚壁无缝钢管领导者的地位。此外，北方重工在当前的技术创新成果的基础上，还开展了钛合金管（棒）垂直挤压工艺技术研究，向钛合金、难变形金属加工领域迈进，开拓航天和航空行业诸如钛合金、难变形金属挤压产品市场，充分发挥垂直挤压机的优势，不断挖掘3.6万吨黑色金属垂直挤压机生产潜力，不断提升企业的市场竞争能力。

4. 在国家重大工程、重点项目中进行应用，推动了国产化应用的进程。目前，北方重工生产的P91钢管已用于华能集团平凉电厂60万千瓦超临界四大管道，实现了国产P91钢管电站四大管道应用零的突破。在国家能源局的指导下，P92大口径厚壁无缝钢管用于100万千瓦超超临界机组四大管道示范项目，使超超临界机组用管全部立足国内的夙愿成为现实。

5. 3.6万吨黑色金属垂直挤压机研制成功也为我国的电力建设等行业带来了重大经济效益和社会效益。在北方重工的3.6万吨黑色金属挤压机投产后，国外进口高端大口径厚壁无缝钢管时（P92）从每吨约13万元，大幅减低到每吨4万元以下，大大降低了国内电力建设等行业的采购成本，初步估算每年将为国家节约了数十亿元的采购资金，为国家的经济发展做出了巨大贡献。此外，3.6万吨黑色金属垂直挤压机研制成功，极大地振奋了民族精神，鼓舞了全国人民建立创新型国家的士气。该课题的成功也受到党和国家领导人的高度评价，以及国内外同行业的高度关注。

3.6万黑色金属垂直挤压机，作为继美国威曼·高登公司3.15万吨垂直挤压水压机之后世界上最大的垂直挤压设备，对提升我国的锻压设备制造水平，提升我国制造实力，推动我国大口径厚壁钢管制造技术的跃升具有重大的现实意义，是“自主创新、重点跨越”的科技方针的集中体现，对我国家经济建设具有重大影响。我们坚信，在国家的关注和支持下，这项举世瞩目的项目一定能够为国民经济的科学发展做出更大的贡献。