这家中国企业，每次创新都在创造历史

再有一年，即2020年，安徽淮北平山火力发电厂二期将并网发电，将创造世界发电史上的煤耗新低——251克/千瓦时。而创造该记录的公司申能集团控股上海外高桥第三发电厂（下称“外三”）曾以287.44克/千瓦时、282.16克/千瓦时……276.02克/千瓦时等低供电煤耗不断刷新世界纪录。

现有超超临界机组中的蒸汽已达到了600摄氏度，电厂煤耗普遍在300克/千瓦时左右，极低值就是申能安徽淮北平山火电厂的251克/千瓦时；今天，全球正在挑战700摄氏度的大关，如果能够实现，燃煤电厂的煤耗将进一步降低到234克/千瓦时。但挑战过程中遇到了不少麻烦，特别是在材料方面，困难重重。

但好消息是，制造锅炉所用的重要部件之一的U型分叉管耐高温锻件已经在上海取得突破，正依托华能南京电厂2号机组进行建设。“传统的U型分叉管通气率只有70%，但我们的新工艺能让这个分叉管通气率达到97%以上，从而大幅度提高效率。”上海昌强工业科技股份有限公司（简称“上海昌强”）董事长周菊明介绍。

川财证券的一份研 显示，2017年中国燃煤发电厂的平均煤耗为380克/千瓦时，而中国最技术最先进的华能、大唐、华电、国电、电投等五大发电集团的煤耗也在300克到330克/千瓦时的水平，如果700摄氏度超超临界机组成为现实，将再次掀起一场能源革命。

“外三”掌门人、淮北新燃煤机组的主要设计者冯伟忠表示，700℃的技术主要就贵在管道，放到锅炉上后，高温高压管道的长度就只是原来的10%至20%。而上海昌强，解决的就是管道的接头部位——人们看不到，却又关系到整个系统成败的关键部位。

被封锁逼出来的创新

走进上海昌强，首先映入眼帘的是各种各样分叉的大规格管道接头，然后才是起重机和厂房。能一眼看出这个企业与其他企业不一样的地方，就是那些数量众多的管道接头，这些接头有分叉管，还有其他多通异型管，等等。这些管道接头，都是上海昌强在超超临界发电站发展过程中创新的成果。

在上世纪90年代以前，普通的火力发电厂煤耗为457克/千瓦时，即发一度电需要457克标准，但超临界锅炉技术的问世，将火力发电的煤耗进一步压缩，目前中国燃煤发电厂的平均煤耗为380克/千瓦时，中国技术最先进的华能、大唐、华电、国电、电投等五大发电集团的煤耗也在300克到330克/千瓦时的水平，如果700℃机组能够实现，全球电煤能耗将进一步降低到234克/千瓦时。

中国火电之所以能取得这么好的成绩，完全就是被“逼”出来的。2004年，中国首台引进日本巴布科克——日立公司技术制造的国产60万千瓦超临界锅炉投入商业运行，标志着中国电站锅炉从亚临界机组迈进超临界机组。然而，引进电站锅炉技术实现机组国产化，并不能解决大量锻件的国产化问题，西方制造业强国对中国大型锻件实行技术封锁，严重影响了中国超临界电站锅炉技术的发展和应用。

中国作为人口大国，经济发展日新月异，对能源的需求也连创新高，被卡脖子的所谓先进技术引进，都是不能被接受的，但已经迈出去的步伐也不能停止，于是国内企业的技术创新与突破就应运而生。

上海昌强，只是中国千万个创新实体中的一员，解决的是火力发电站和核电站的重要锻件问题。周菊明发现，在电站锅炉领域，中国处处面临国际垄断，一举一动都要付出艰辛的代价。他带着一腔情怀，在2002年成立了上海昌强，他决心解决中国电站锅炉被国外垄断的难题。

上海昌强成立以来，周菊明和他的研发团队先后研发出异型多通、模锻吊攀、模锻U型分叉管、模锻球形封头、模锻三通、模锻阀体、模锻过渡管、模锻转子风扇、模锻弯头、集电环风扇、洋纯团精整倒角扁钢等锅炉配件，原材料从普通合金钢、不锈钢发展到高端F91、F92，产品被大量应用在国产600MW超临界、1000MW超超临界机组，部分产品完全取代进口。

和其他中国制造一样，其多款产品打破了国外垄断，为国家节约了大量投资，帮助国内厂家大幅度降低了成本，有力促进了国产电站装备走出去的步伐。异型多通就是一个很典型的例子，实现国产化之前，从德国进口每套折合人民币约500多万元，上海昌强开发成功后，售价仅70余万元，仅相当于进口产品价格的1/8。

随后该公司陆续开发出六通、八通、十四通、十六通、三十二通等系列产品，满足国内市场的同时，还成功出口。经权威机构查新，上海昌强开发的部分电站配件类产品技术处于国内领先，并达到国际先进水平。在上海昌强产品蓬勃发展的过程中，原先垄断中国市场的德国某企业失去了价格竞争力，选择了退出中国市场。

围绕电站锅炉做革新

作为一家在火电站和核电领域不断创新的公司，在多通领域，上海昌强做了哪些革新呢？我们沿着周菊明走过的路复盘一下子上海昌强，看看他们有什么神奇的制胜之法。

异型多通管件在普通人看来就是一怪物般的存在，是超临界锅炉的重要部件，用于将管排焊接拼装成整体，单个管排的管接头数量达300至400个，对异型多通管接头拼排面中心距、垂直度、直线度要求非常精确，50米累计误差不能超过0.5毫米，对管件通道孔的加工精度要求也很高。过去，国外厂家一般采用数控加工中心加工异型多通管件，价格非常昂贵，中国没有生产能力，只能高价从德国进口。

Y型分叉管

中国引进超临界锅炉技术后，为了摆脱关键部件对国外的依赖，节约宝贵的外汇，上海昌强独辟蹊径，开发出可使用普通机床加工异型多通管件的夹具，技术精度和生产速度媲美进口产品，大大降低了生产成本，销售价格仅相当于进口产品的1/8。经权威机构查新，该工艺“在国内处于领先，并达到国际先进水平”。

电站设备大量采用的高温、高压三通，原三大电气有偿引进的是CE技术（美国燃料工程公司），该技术是采用三通最大外径的管子，最少需要经过8到12次成型、整形。加工周期长，更换模具频率高，且在三通R角位置应力最集中。该工艺的特性决定了壁厚被减薄。另外，由于工艺的局限性，造成三通中心高受到限制，致使现场焊接带来许多不便，因而焊接质量受到影响，再因为该工艺的支管高度短造成焊缝与三通R角这两处的应力集中区距离短，对产品 质量造成不良影响。

昌强现在生产的三通，在三向六功位机床中，15分钟就可锻挤压成一件三通，支管中心高，可比常规产品高度增加120-300mm，三通R处厚度大于其他各部位，从而使得产品质量、性能、效率、经济性等指标大幅度提高。目前，国内国外许多重要工程指定昌强产品，该锻挤压技术目前是全球唯一。

吊攀是大容量电站锅炉中大量使用的铰接元件，数万吨的锅炉通过众多吊杆悬吊在锅炉构架上，吊攀起到承重吊杆与锅炉各负重点间的铰接作用，质量要求非常高。国际上要求吊攀必须采用锻件，且必须做无损探伤和拉力试验，原电站锅炉行业均采用自由锻胎模锻的方式，一般小件五火成型，20公斤以上的七火成型。

周菊明介绍，该工艺有很大不足，由于加热次数过多，一方面导致成本高、效率低，每班次只能生产4-10件，另一方面易造成碳等元素损耗，影响产品质量，多火次锻打导致产品表面质量差、尺寸误差大，返修率、 废率高。更为严重的是，该件对国内企业来说，只能说是初步解决了国产化的问题，但大件还不能生产。

这项锻件到了上海昌强手里，采用中频加热一火次成型工艺，效率极高，每班次产量达到240件以上，且精度高、表面质量好，成本仅为原工艺的1/3。权威机构查新发现，该工艺“总体达到国内国际领先水平”。

U型分叉管大量用于电站超临界锅炉水冷壁高温、高压水蒸汽输送，原设计要求壁厚为12mm、压力为20.8MPa，国外厂商采购技术要求明确写明“焊接不宜”。然而，在2003年之前，国内外同类产品全部为焊接件，焊缝处强度差，存在破裂、爆管的安全隐患。上海昌强独创U型分叉管整体模锻技术，产品整体成型，不会爆管，制造成本只有焊接工艺的50-60％。在爆破试验中，上海昌强壁厚为4mm模锻U型分叉管产品临界爆破压力达到140MPa，仅以1/3的壁厚就达到了原设计指标7倍的强度。

集电环风扇是电机中起输入、输出电流和换向作用的重要部件，一般采用铜浇铸精加工而成。其工作转速一般为7200转/分，高转速对性能要求很高，然而浇铸件机械性能较差，直接影响电机的使用寿命。为了克服现有制造工艺的不足，上海昌强开发出了集电环风扇模锻工艺，一次锻造成型坯体后数控加工出风扇叶片通道。与原有技术相比，采用模锻方法制备的集电环风扇，机械性能明显提高，延长了集电环的使用寿命。

核电重器国产化

核电是一种新型能源，但由于中国经济发展迅猛，国内产业介入较晚，早期的核电完全走的是引进的路子，后来经过中国企业的消化吸收，才研制出拥有自主知识产权的部件，中国核电才逐渐获得出口的资格。

上海昌强在核电领域的表现，主要处理的是一些难度系数比较大的部件。上海电气凯士比核电泵阀有限公司（简称“凯士比”）的核电主泵试验台大型弯头是一项具有代表性的突破。

大口径弯头

该大型弯头是核电主泵试验台必须的重要部件，早在10年前，凯士比就准备开发核电主泵试验台，其大型弯头直径达到1320毫米，但由于技术所限，凯士比向其德国合作方咨询，德方向其推荐了当时还极不知名的上海昌强。上海昌强对该弯头进行细致研究后认为，要在锻制锻管时预置弯制时的壁厚变形量，才能确保弯制出来的弯头内外径管壁厚度一致，才能有效提高弯头承压能力，并降低管壁厚度不均导致的破裂爆管风险。终于，在上海电气同行的质疑眼光下，上海昌强利用该弯制技术25分钟一次试制成功，管壁厚度匀称无折叠，各项指标均优于设计要求，售价远低于上海电气旗下某重型机器厂产品。

有了前期的合作积累和技术积累之后，2016年4月，上海昌强全资子公司上海昌强重工机械有限公司与上海电气凯士比核电泵阀有限公司签订了联合研发核电主泵（CAP1400，AP1000）空心模锻泵壳协议。共同研发新一代核电主泵空心模锻泵壳。

泵壳是核岛一回路中主冷却剂泵设备的关键零部件，随着核电机组设计寿命的延长及安全等级的提高，其零部件的质量等级要求更加严格。三代核电机组设计时，泵壳结构由铸件逐步改进为锻件。这对全球锻造企业来说，既是一次挑战，更是一次机遇。

但尴尬的是，包括拥有最先进锻造技术的日本制钢所室兰工厂在内，全球主要锻造企业由于装备局限，只能采用自由锻的方法锻成实心泵壳锻件，再通过后期加工成空心泵壳，机加工量很大，生产周期长，同时导致金属纤维被切断，综合性能下降。还由于实心泵壳锻件为特厚大锻件，厚度达2100mm左右，大截面超厚锻件细化晶粒和热处理难题难以解决，热处理后晶粒度、强度、冲击韧性等重要指标偏低。

锻模球形封头

上海昌强则在自主研发建造36000吨超大六向模锻压机之后，研发了核电主泵泵壳空心模锻工艺，让空心模锻一次成型，保证了金属纤维的连续性，大幅节省了原材料，锻件最大厚度只有695mm，只有自由锻实心泵壳锻件厚度的1/3，加热时间大幅缩短，锻件各部位力学性能和组织性能指标均保持在优秀水平。

周菊明介绍，上海昌强的新工艺满足了核岛装备高可靠性和长寿命的要求，同时大幅降低了成本和制造周期，原上重金加工需十二个月，现只需四个月不到，符合中国及世界核电快速发展及三代核电主泵提高质量降低成本的需要。

结束舰艇舵柄靠进口历史

上海昌强的锻造技术还应用在船舶工业上。

距今六年前，一艘具有划时代意义的大船加入到中国装备行列，但该大船的舵柄采用传统铸造工艺，在2016年一次远涉重洋的旅程中，曾因内部缺陷导致断裂的故障。用户非常不满意，对配套的新舵柄强度和可靠性要求格外苛刻。该舵柄重达20余吨、外形复杂，强度要求极高。但诺大的中国，居然找不到符合新标准的合格舵柄生产商。

舵柄是舰船重要的航向控制部件，其可靠性对舰船的航行安全具有非常重要的意义，特别是大型战斗舰艇航速高、惯性大，性能指标要求更高。尽管中国是世界第一造船大国，但长期以来，中国舰船的舵柄主要靠从国外进口，对国家经济安全和海防安全都构成隐患。于是，客户将目光对准了上海昌强。

36000吨六向模锻压机

上海昌强董事长周菊明介绍，客户之所以看中了上海昌强，就在于该公司拥有成熟的锻压技术，还有一台正在安装的36000吨六向模锻压机，该锻压机在世界同类产品中锻压能力最大，拥有完全自主知识产权。它的特点是可切换自由锻和六向模锻两种工作模式，在地面移动工作台上实现自由锻，在地面以下六向模锻区实现六向模锻，最大自由锻和模锻工件分别达到100吨和60吨，垂直向下和左右两侧的最大压力均达到18000吨。

该锻压机通过六向施压和一火成型新工艺，锻件金属流线分布更合理，锻件形状尺寸接近成品，节约原材料30％以上，大幅缩短热处理和机加工的时间，在节能降耗方面具有显著的优势，降低了产品价格，综合性能远超国内外采用传统铸造和自由锻工艺制造的同类产品。工信部《重大技术装备简 》2017年第十五期还对该装备做了 道。

接到项目合同后，行业内的各种质疑纷至沓来，甚至包括客户内部的专家也投来怀疑的目光。但周菊明清楚，这个项目意义十分重大，能完成这个项目，就能实现船舶舵柄的国产化，彻底解决中国舰船依赖国外舵柄的问题。上海昌强一方面抓紧安排工艺研发和模拟，另一方面日夜加班安装设备和制造模具，很多员工春节放弃和家人团聚，也要参加突击。在质量控制上，从原料采购时就采取双份下料、互为备份的方法，避免了风险因素对交货期可能的重大影响。

在上海昌强的努力下，2017年2月，36000吨锻压机及舵柄专用模具安装顺利完成，首次开机，就成功完成了全模锻舵柄锻造任务。3月初，产品顺利通过首件鉴定和专家评审并交付，客户检验结果也显示，该舵柄各项指标远超设计要求，各关键部位安全系数最低值也超过设计要求的2-3倍。后来，全模锻舵柄制造工艺被评为上海市军民融合专项。

在造船领域，上海昌强还研发建造了中高速柴油机曲轴专用6300吨六向模锻压机。该压机可以锻造最长12米、最大重量9吨的中高速柴油机全纤维曲轴。周菊明介绍，以9G32型柴油机曲轴为例，相比传统的错拐法锻造工艺，可以节约原材料35%，减少加热时间，锻造效率提高53%，还大幅减少后期机加工时间和切削量，确保关键受力部位不被切割，保证了纤维的完整性。

另辟蹊径成就卓越

“全世界的空心模锻领域，我们是走在前列的。”周菊明介绍，六向模锻压技术是上海昌强的独家技术，可以实现电站锅炉多通管件及核电站泵壳等领域产品的建造上，许多都实现了空心锻造和一次成型，既减少了材料和燃料的消耗，也最大限度地保留了金属纤维，提高了产品的强度。

目前，全球大型锻件生产企业主要集中在日本、德国、法国、美国、韩国和中国，产量约占世界总产量的70%以上。中国有100多家各种大型锻件及相关制品生产企业，共有2500-4500吨和6000-12500吨大中型自由锻液压机合计约40台，年生产能力90-100万吨。

日本制钢所室兰工厂（JSW）是国外公认的最先进的锻压企业，其拥有80/100MN水压机（MN为力学计算单位，1MN是1000KN（千牛））、120MN规格的专用筒节油压机等，主要工作内容为自由锻、单向模锻，其年锻压能力为12万吨，整体技术水平世界领先，具有百万千瓦级以上核电站压力容器的能力和技术。该公司的最大锻件350吨，最大不锈钢锻件210吨。

日本另一家具有世界影响的锻件企业为日本铸锻钢公司（JCFC），其拥有80/100MN规格的水压机，其锻造方式为自由锻和单向模锻，年产锻件5万吨，可生产高铬轧辊、1000MW级的核电锻件、600MW级及以上的超超临界机组火电铸锻件，最大锻件300吨。

德国有两家在世界上有影响力的锻件企业，分别是布德罗斯特钢股份有限公司和萨尔锻造有限公司。前者拥有55MN、20MN规格的自由锻液压机，采用自由锻的方式，主要生产电站、重型设备和工程机械大锻件，最大可锻140吨钢锭；后者拥有60MN规格的锻造液压机，采用自由锻的方式主要生产电站、轧辊、工程机械、超合金、特种材料等大锻件，可镦粗160吨电渣锭。

韩国斗山重工集团（DOOSAN）也是世界锻造领域的一个重要玩家，该公司拥有130MN规格的压机，主要采用自由锻、单向模锻的方式制造锻件，年产锻件14万吨，生产能力世界最大，具有代表性的产品是电站整体低压转子用超纯钢，达到世界先进水平，最大钢锭达到500吨，用于1000MW核电低压转子锻件，交货重量170吨。公司在压力容器（包括核电站反应堆压力壳、化工加氢反应器）也有很强的实力和业绩。

美国在锻造领域有伊尔伍德城锻造厂，其设备只是25MN和40/45MN的自由锻液压机，锻造方式为自由锻和单向模锻，其40/45MN压机开档宽度3658毫米，最大镦粗高度3556毫米，有10个工位的换模装置，最大锻件重38.6吨。

当然，如果拿国外的锻压机跟中国比，差不多只能是“玩具”级别，中国有四家公司可以算是锻压领域里的顶级企业。

中国第一重型机械股份公司拥有15000吨、10000吨、6000吨自由锻水压机及4500吨快速锻造油压机，锻造方式为自由锻，锻件年产能24万吨，是国内最大的重型压力容器制造商，也是最早实现锻焊结构热壁加氢反应器国产化的企业，占有国内加氢反应器市场的90%、国内核反应堆压力容器市场80%。其最大单个锻件400吨。

中国二重集团（德阳）重型装备股份有限公司，拥有800MN模锻压机、160MN自由锻压机，其锻造方式为自由锻和单向模锻，大型电站成套铸锻件是该公司拳头产品，最大锻件400吨。而上海重型机器厂有限公司拥有120MN水压机、165MN油压机，主要采用自由锻的方式制造百万级火电机组汽轮机转子、百万级核电机组核岛主设备、大型支承辊和大型船用曲轴等大型铸锻件。

周菊明介绍，上海昌强单向模锻压机规格仅为8000吨和6000吨的水平，并不占优势，但独辟蹊径研发制造了36000吨、6300吨、3000吨的六向模锻压机，年产各类大型自由锻、模锻件4万吨，最大自由锻件100吨、模锻件60吨，能全模锻锻造核电主泵空心泵壳、大型船用低速柴油机曲拐、中高速柴油机曲轴及火电、核电、石化压力容器、压力管道元件、船舶海工装备关键结构件等。

上海昌强就是这样在不断的创新中砥砺前行，在一次次成功的进口替代中发展壮大。站在新的起点上，周菊明正率领他的团队，不忘初心，牢记使命，向着更大的目标奋进。