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1、 11 1 1 1风电用先进钢铁材料绿色低碳风电用先进钢铁材料绿色低碳技术技术发展及产业化发展及产业化2023年10月18日山东钢铁股份有限公司王腾飞山钢股份技术交流汇报材料共创 共进 共赢 22 2 2 2主主 要要 内内 容容3 3 3 3企业基本情况风电钢生产线简介01公公 司司 概概 况况 44 4 4 4 2022022 2年山钢位列年山钢位列财富财富“世界世界 500 500 强强”第第332332位位 世界钢铁统计数据世界钢铁统计数据20222022山钢位居第山钢位居第1111位位,国内第国内第6 6位位 20212021年全球钢铁企业年全球钢铁企业专利创新指数排名第专利创新指数
2、排名第9 9位位 钢铁产能钢铁产能21402140万吨万吨,产品涵盖中厚板产品涵盖中厚板、优特钢优特钢、型钢型钢、带带钢钢、棒材五大系列棒材五大系列 全国首批通过全国首批通过ISO9001ISO9001、ISO14001ISO14001、OHSAS18001OHSAS18001认证认证,20142014年通过年通过ISO50001ISO50001认证认证 55 5 5 5 国家级绿色工厂和中国钢铁工业清洁生产环境友好企业国家级绿色工厂和中国钢铁工业清洁生产环境友好企业,达到达到超低排放标准超低排放标准 国内宽厚板装备国内宽厚板装备技术水平最领先技术水平最领先,产量最大产量最大的风电的风电、高强
3、高强、海工钢板生产基地海工钢板生产基地 全国全国规模最大规模最大、规格最全规格最全的海工的海工H H型钢精品生产基地型钢精品生产基地 全国全国产销量最大产销量最大的齿轮钢生产基地的齿轮钢生产基地 山东省山东省品种品种、规格规格、标准最全标准最全的螺纹钢生产基地的螺纹钢生产基地,中国名牌产品中国名牌产品 国内国内规模最大规模最大的粉末冶金生产基地的粉末冶金生产基地 66 6 6 6中厚板中厚板:三条产线具备三条产线具备500500万吨年产能万吨年产能,风电用钢板风电用钢板120120万吨万吨/年年以上以上,厚度规格厚度规格4-150mm4-150mm,强强度度235-1500MPa235-150
4、0MPa,通过九国船级社通过九国船级社、CECE、JISJIS、金风科技金风科技、VestasVestas、Siemens GamesaSiemens Gamesa、GEGE、远景远景能源等认证能源等认证,风电风电、海工海工、工程机械工程机械、桥梁等高端装备制造行业指定供应商桥梁等高端装备制造行业指定供应商。热处理线 7座热处理炉,淬火机4台,功能配备齐全净化除尘脱硫焦炉煤气热值稳定,氮气保护无氧化辐射管式加热,组织性能控制均匀 3500炉卷轧线 矩形化轧制技术(MAS)及CVC plus窜辊技术,有效改善薄规格板形首次应用新一代9辊预矫直机技术,提高冷却后钢板性能均匀性及平直度4300mm中
5、厚板 除鳞压力32MPa,开口度700mm,AGC、PVPC、工作辊弯辊系统等技术确保高表面、高精度、特厚复合板生产预矫直、MULPIC快速冷却技术:9辊预矫直机,头部及边部遮挡等技术,在线热处理、钢板性能、板形稳定控制 77 7 7 7 优特钢优特钢:大中小型大中小型3 3条产线具备条产线具备230230万吨年产能万吨年产能,成材规格成材规格1 6-31 0mm1 6-31 0mm,商品坯最大规格商品坯最大规格800mm800mm,通过通过CECE、GOSTGOST、ThyssenkruppThyssenkrupp、MeritorMeritor、重齿重齿、南高齿南高齿、华锐风电华锐风电、Ve
6、stasVestas、Siemens GamesaSiemens Gamesa、国电龙源等认证国电龙源等认证,风电用齿轮风电用齿轮、法兰特殊钢市场占有率全国领先法兰特殊钢市场占有率全国领先。电炉系统由奥钢联设计制造偏心炉底出钢技术,实现电炉零下渣铁水热装技术,控制钢中有害元素双LF、双VD工艺设计,实现高洁净度冶炼,齿轮钢T O 12ppm 智能吹氩控制技术,有效去除夹杂物VD采用机械真空泵,能耗指标先进国内首条引进的大规格连铸圆坯生产线铸机弧形半径16.5m,冶金长度保证均质化采用结晶器、末端双电搅,提升铸坯质量8 8 8 8风电行业发展趋势02风电发展与材料需求风电发展与材料需求风电用钢材
7、料需求 99 9 9 9 9 9国家发展改革委国家发展改革委、国家能源局国家能源局、财政部等九部门联合发布的财政部等九部门联合发布的“十四五十四五”可再生能源规划可再生能源规划提出提出:2025 年,非化石能源消费比重20%左右可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中占比超过 50%风电和太阳能发电量实现翻倍风力发电作为绿色风力发电作为绿色、清洁清洁、可再生能源可再生能源,是全球能源战略发展是全球能源战略发展的重要方向的重要方向,大力发展清洁能源体现了共建人类命运共同体的大力发展清洁能源体现了共建人类命运共同体的坚定决心坚定决心,展现了大国担当展现了大国担当风电发展与材料需求风电发展与材料需求
8、 010 风电风电作为作为清洁能源清洁能源快速发展快速发展,20222022年年,中国风电新增吊装规模中国风电新增吊装规模49834983万千瓦万千瓦,新增海上风电吊装规模新增海上风电吊装规模516516万千万千瓦瓦;截至截至20222022年底年底,我国风电累计装机达我国风电累计装机达3.963.96亿千瓦亿千瓦,其中陆上其中陆上3.63.6亿千瓦亿千瓦,海上海上30513051万千瓦万千瓦;根据国内装机根据国内装机情况情况,预计预计20232023年风电用钢板需求量将突破年风电用钢板需求量将突破15001500万吨万吨 CWEACWEA统计显示统计显示:2021202
9、1年新吊装风电机组中年新吊装风电机组中 3.0MW 3.0MW 至至5.0MW5.0MW装机容量占比达到装机容量占比达到56.4%56.4%,5.0MW5.0MW及以上风电及以上风电机组占比达机组占比达23.3%23.3%,陆地和海洋风电陆地和海洋风电最大单机装机容量分别已突破最大单机装机容量分别已突破10MW10MW、20MW20MW风电需求风电需求发展方向发展方向材料需求材料需求风电发展与材料需求风电发展与材料需求离岸距离10 公里最低气温-30C载荷增加塔架高度升高 111 提升钢板的强韧性提升钢板的强韧性、抗疲劳和易焊接性能抗疲劳和易焊接性能,兼备优异耐腐蚀兼备优
10、异耐腐蚀、高止裂等综合性能指标高止裂等综合性能指标,是满足风电是满足风电大型化大型化、绿色化绿色化、经济化发展和塔筒服役安全性能的重要途径经济化发展和塔筒服役安全性能的重要途径 当钢板屈服强度提升至当钢板屈服强度提升至500MPa500MPa,抗拉强度抗拉强度610-770MPa610-770MPa,-40-40冲击功冲击功 60J 60J,延伸率延伸率 17%17%,疲劳等疲劳等级级 DC112 DC112,预估塔筒预估塔筒减重可达到减重可达到10%10%以上以上风电发展与材料需求风电发展与材料需求12121212全产业链融合创新引领发展03产业融合创新和梯级策略发展产业融合创新和梯级策略发
11、展主要工程应用业绩研发梯级策略推动产业升级13131313全产业链融合创新引领发展全产业链融合创新引领发展 2021年5月,在中国钢铁工业协会、中国金属学会的支持下,在毛新平院士的亲自指导下,由山钢股份、金风科技、北京科技大学、伊莱特等知名院校、龙头企业组建“高端高端风电用钢铁材料及装备协同创新中心风电用钢铁材料及装备协同创新中心”,推动全产业链创新发展。1414141414研发梯级策略推动产业升级研发梯级策略推动产业升级 以中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要、“十四五”可再生能源规划为指引,聚力突破核心技术,推动全产业链协同创新,引领最高等级风电用钢
12、示范应用。2022年12月首个500MPa500MPa级风电用钢十四五国家重点研发计划-青年科学家项目072021年5月组建院士牵头、龙头企业院所参与风电全产业链协同创新中心022022年10月国内率先实现高强风电钢板陆地单机容量7.15MW示范052022年12月高强风电钢板突破突破1010万吨万吨国内市占率第一,全面推进风电钢高强化062020年12月国内率先开发出420MPa级高强风电钢板012021年11月国内率先实现420MPa高强风电钢金风科技整塔示范首发示范首发032022年6月国内率先在远景能源山东成武项目高强风电钢板产业化产业化04 90MPa级高强风电
13、用钢板材质材质重量重量/吨吨项目名称项目名称业主业主/主机厂主机厂套数套数地点地点Q390NE4849.646远景内蒙古杭锦旗项目远景能源16内蒙古航天金岗重工Q390NEZ3565.592远景内蒙古杭锦旗项目远景能源内蒙古航天金岗重工Q390NE3854.432远景内蒙古杭锦旗项目远景能源13内蒙古航天金岗重工Q390NE2855.436华能通榆向荣30万千瓦(A期15万千瓦)风电项目9山东青岛Q390NE2379.53华能通榆向荣30万千瓦(A期15万千瓦)风电项目20山东青岛Q390NE3725.885华能通榆向荣30万千瓦(A期15万千瓦)风电项目20山东青岛Q390NEZ3540.8
14、48华能通榆向荣30万千瓦(A期15万千瓦)风电项目山东青岛Q390NE/Q390NEZ35/Q355NC4430.008深能苏尼特左旗500MW特高压风电项目深圳能源12河北张家口Q390NE2417远景内蒙古杭锦旗项目远景能源8内蒙古航天金岗重工高强风电用钢板典型业绩高强风电用钢板典型业绩 1616161616材质材质重量重量/吨吨项目名称项目名称业主业主/主机厂主机厂套数套数地点地点Q420ND4657.444远景乌兰察布项目太重(察右中旗)新能源实业有限公司22乌兰察布市Q420NEZ2534.08远景乌兰察布项目太重(察右中旗)新能源实业有限公司乌兰察布市Q420ND3308.296
15、阳光新能源青海茫崖项目 甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司19甘肃省嘉峪关市Q420NEZ2545.559阳光新能源青海茫崖项目 甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司甘肃省嘉峪关市Q420ND1584.817中铁十四局德日苏续建100MW风电项目中铁十四局10张家口市尚义县Q420ND1426.487中铁十四局德日苏续建100MW风电项目中铁十四局9石嘴山市大武口区Q420ND1548.737中天万和围场钱家梁南昌深能新能源有限公司10乌鲁木齐Q420NE58.286中天万和围场钱家梁南昌深能新能源有限公司乌鲁木齐Q420NC1419.829远景东营项目国家电投集团22菏泽成武Q420ND4848.
16、106远景东营项目国家电投集团菏泽成武Q420NEZ2547.296远景东营项目国家电投集团菏泽成武Q420NE13.868远景东营项目国家电投集团菏泽成武Q420NE1358.011远景内蒙古杭锦旗项目远景能源4内蒙古航天金岗重工Q420NE5779.634远景内蒙古杭锦旗项目远景能源19内蒙古航天金岗重工Q420NEZ2584.068远景内蒙古杭锦旗项目远景能源内蒙古航天金岗重工Q420ND872.347远景内蒙古杭锦旗项目远景能源3内蒙古航天金岗重工420MPa级高强风电用钢板高强风电用钢板典型业绩高强风电用钢板典型业绩 20MPa风电钢板金风科技黑龙江扶远项目整塔
17、示范首发远景能源乌兰察布420MPa项目远景能源成武420MPa首单项目420MPa风电钢板内蒙古金麒麟、杭锦旗、乌拉特中旗等示范项目高强风电用钢板典型业绩高强风电用钢板典型业绩 1818181818山钢年产风电用特殊钢风电用特殊钢3030余万吨余万吨,品种涵盖Q355NE、Q390NE、Q420NE、42CrMo、18CrNiMo7-6、20CrMnMo、34CrNiMo4等,实现了塔筒法兰、偏航变桨轴承、主轴、齿轮等全覆盖。产品通过了重齿、NGC、华锐风电、Vestas、Siemens Gamesa、国电龙源等认证,风电齿轮用钢、法兰用钢市场占有率全国领先。风电用优特钢典型业绩风电用优特钢
18、典型业绩塔筒法兰主轴齿轮偏航变桨轴承 1919191919材质材质零件零件锻造厂锻造厂主机厂主机厂S355NL/S420NL风电塔筒法兰山东伊莱特西门子、维斯塔斯、歌美飒、国电龙源S355NL/S420NL风电塔筒法兰山西富兴通西门子、维斯塔斯、歌美飒、国电龙源S355NL风电塔筒法兰星泓智造西门子、维斯塔斯、歌美飒、国电龙源S355NL风电塔筒法兰无锡派克西门子、维斯塔斯、歌美飒、国电龙源S355NL风电塔筒法兰丹东丰能西门子、维斯塔斯、歌美飒、国电龙源42CrMo4回转轴承山东伊莱特西门子、维斯塔斯、歌美飒、国电龙源20CrMnMo/18CrNiMo7-6/42CrMo偏航变桨齿轮章丘宝华
19、南高齿20CrMnMo/18CrNiMo7-6/42CrMo偏航变桨齿轮金源锻造南高齿20CrMnMo/18CrNiMo7-6/42CrMo偏航变桨齿轮章丘重锻南高齿20CrMnMo/18CrNiMo7-6/42CrMo偏航变桨齿轮温岭精锻南高齿20CrMnMo/18CrNiMo7-6偏航变桨齿轮云峰达重齿/清平机械/宁夏威力20CrMnMo/18CrNiMo7-6偏航变桨齿轮帝润锻造重齿/清平机械/宁夏威力20CrMnMo/18CrNiMo7-6偏航变桨齿轮永强机械重齿/清平机械/宁夏威力20CrMnMo/18CrNiMo7-6偏航变桨齿轮光大机械重齿/清平机械/宁夏威力优特钢主要应用业绩优
20、特钢主要应用业绩 2020202020风电塔筒法兰风电偏航、变桨减速机主要风电机组部件主要风电机组部件2121212104关键技术突破关键技术突破 2222222222关键技术突破关键技术突破1 1:风电用先进钢铁材料数字化设计风电钢高强化关键技术突破风电钢高强化关键技术突破 2323232323 420MPa420MPa高强钢的成分设计和高均质组织调控技术高强钢的成分设计和高均质组织调控技术:采用材料基因工程设计理念,实现了低碳、Nb、Ti多元复合微合金化设计,突破了厚规格钢板低应变大变形控制轧制和冷却技术,获得了具有弥散析出强化+离散织构的高均质细化组织,开发出Q420MPa钢板,平均晶粒
21、尺寸约为11m。析出强化厚规格钢板冷却速率000200300400500600700800 中心 3/8 1/4 1/8 表面风电钢高强化关键技术突破风电钢高强化关键技术突破关键技术突破关键技术突破2 2:高强风电用钢组织设计与调控微观织构晶粒及尺度分布 2424242424 50500MPa0MPa高强钢的成分高强钢的成分数字化数字化设计和高设计和高热稳定性热稳定性组织调控技术组织调控技术:采用人工网络模型,提出低碳、Nb、Cr、Ti等多元复合微合金数字化设计方案,采用形变-相变耦合控制技术,获得了含有形变和相变两类位错的中温转变贝氏体组织,并阐明了应变诱导析出通过钉扎
22、形变位错,阻碍位错运动提升500MPa组织热稳定性的机制。风电钢高强化关键技术突破风电钢高强化关键技术突破关键技术突破关键技术突破3 3:500MPa高强风电钢板高热稳定性组织调控ANNANN模型模型高稳定组织高稳定组织ODFODF图图形变位错被析出物钉扎形变位错被析出物钉扎筛选合金成分筛选合金成分B B和和F+PF+P的对比的对比 2525252525钢板基体疲劳性能及裂纹萌生焊接疲劳性能和裂纹扩展 从疲劳裂纹萌生和扩展层面明确了风电钢疲劳断裂机制,突破了大颗粒夹杂物极限化去除技术,抑制了疲劳裂纹萌生。具有离散织构的高热稳定性组织有效抑制了疲劳裂纹扩展,基体和疲劳裂纹扩展门槛值分别为4.09
23、MPam1/2 和4.79MPam1/2。风电钢高强化关键技术突破风电钢高强化关键技术突破关键技术突破关键技术突破4 4:高强风电用钢板抗疲劳关键技术 2626262626风电钢高强化关键技术突破风电钢高强化关键技术突破关键技术突破关键技术突破5 5:特厚高强风电用钢板均质化控制技术 采用低碳当量成分设计,温控-变形”耦合高渗透性轧制工艺模式,结合轧后冷却精准控制,使奥氏体晶粒充分破碎并在晶粒内部形成滑移带并提供更多的形核位置,强化细晶强化效果,提高强度并改善韧性,高强韧100mm特厚高强钢板达到行业先进水平。连续冷却相转变曲线焊接示意图两阶段轧制过程中晶粒变化模型water 27272727
24、27 从原料、耐材、精炼渣系、钢包流场及保护浇注等全流程进行控制,形成了精炼渣系精准控制、脉冲电流抑制水口堵塞技术和夹杂物Ca、Mg变性处理技术等10余项技术,有效降低钢中气体含量,提高夹杂物控制水平。风电钢高强化关键技术突破风电钢高强化关键技术突破关键技术突破关键技术突破6 6:法兰优特钢铸坯超低氧含量及夹杂物控制技术2828282805展展 望望 2929292929在全球能源转型在全球能源转型、应对气候变化的背景下应对气候变化的背景下,风电行业风电行业大型化大型化、智能化智能化、绿色化绿色化发展势如破竹发展势如破竹,高强风电钢板将迎来新的需求增长点高强风电钢板将迎来新的需求增长点,市场前
25、景广阔市场前景广阔降耗降耗:高强钢的应用减少制造过程中的能量消耗,同时可使塔筒直径满足运输限制要求,降低运输成本,实现全产业链绿色发展;吨钢综合能耗500千克标准煤计,预计年降低能耗750万吨标准煤减排减排:风电机组容量越来越大,塔筒所承受载荷随之增大,高强钢可降低钢板厚度,提升塔筒承载能力,最高可节材10%以上;钢铁行业吨钢CO2排放量1.89吨,高强风电塔架减量化减排达283.5万吨/年安全安全:为大功率风电装备提供了系统解决方案,突破风电钢高强韧匹配和环焊缝抗疲劳性能等关键技术 3030303030风电作为新能源的主力军风电作为新能源的主力军,是推进能源革命和构建清洁低碳是推进能源革命和构建清洁低碳、安全高效能源体安全高效能源体系的重大举措系的重大举措,为了满足风电行业安全高效可持续发展为了满足风电行业安全高效可持续发展,未来重点聚焦以下工作未来重点聚焦以下工作:持续加强420MPa高强韧风电钢产业化推广,加快推动行业全面质量升级 加快实施460、500MPa抗疲劳高强韧风电钢示范应用及产业化升级 建立健全行业标准,加快风电绿色制造评定体系与规范化设计 建立全产业链联盟,推动设计、研发、制造、示范应用全流程技术变革与产业协同创新 3131313131