我国突破超大型船用曲轴全流程制造技术 成功打破国外长期垄断格局

问题——长期以来,超大型船用低速机曲轴被业内称为船用柴油机的“心脏”。

在大型LNG运输船、超大型集装箱船等先进船舶领域,曲轴规格越大,对材料纯净度、锻造热处理、精密加工与装配精度要求越高。

我国在900毫米以上缸径曲轴方面一度依赖进口,周期长、成本高,关键时刻还面临供应不确定性,成为高端船舶制造链条上的突出短板。

原因——超大型曲轴制造难在“全链条协同”。

一是材料端要求极端苛刻:钢锭必须高洁净、低缺陷,宏观缺陷需控制在很小当量范围内,否则在后续锻造与服役载荷下易形成隐患。

二是锻造与热处理端面临“大截面、厚壁、异形结构”带来的组织性能均匀性难题,既要获得超高强度,又要兼顾高韧性,且要在超大尺寸上实现一致。

三是装配端的“红套”工艺控制难度高,非对称、非均匀结构在加热过程中易产生不均匀变形,任何细小误差都会在拼接后被放大,造成装配失败甚至报废。

四是加工检测端对毫米级变形精度、形位公差与质量一致性的要求极高,需要工艺、装备、测量与质量控制体系整体提升。

影响——此次通过鉴定的项目打通了920毫米及以上超大型船用曲轴制造全流程,标志着我国在该关键部件领域实现从“受制于人”到“自主可控”的关键跨越。

项目研制的920毫米缸径单段曲轴最大重量达208.3吨、总长20.19米,属于全球超重船用曲轴代表产品之一。

其意义不仅在于单件产品“造出来”,更在于形成可复制、可推广的工艺体系与知识产权体系:一方面有助于提升我国高端船舶关键部件的稳定供给能力,增强产业链韧性;另一方面将带动特种冶金、重型锻造、热处理装备、精密加工与无损检测等上下游能力升级,推动高端制造整体水平跃升。

对于正处于向高附加值船型、绿色低碳航运装备持续转型的我国造船业而言,该突破具有基础性支撑作用。

对策——项目的技术路径体现出以问题为牵引的系统攻关思路:在材料端,团队研发大型低氢低氧高洁净下注钢锭制备技术,从源头提高钢材纯净度与一致性,为后续锻造与服役可靠性奠定基础;在锻造热处理端,针对壁厚达1240毫米的异形曲拐锻件,形成强韧性协同调控的热处理工艺,使曲轴强度较以往机型提升约14%,韧性提高25%以上;在装配端,围绕非对称结构红套孔加热易变形的痛点,通过模拟计算与试制迭代,建立加热变形控制工艺,实现对关键部位变形的精确约束与可控;同时在加工、测量、质量控制等环节强化全流程精度管理,确保“材料—成形—热处理—装配—检测”闭环可控。

业内人士指出,这类重大装备突破并非单点技术的胜利,而是产学研用深度协同、创新链与产业链对接的结果。

前景——面向未来,随着全球航运向大型化、绿色化、智能化发展,高端船舶动力系统及关键零部件将持续面临更高的可靠性与经济性要求。

超大型曲轴制造能力的建立,将为我国承接高端船型订单、完善船舶动力关键部件国产化体系提供重要支撑。

下一步,应在规模化稳定制造、标准体系建设、质量一致性评价、关键装备与工艺数字化等方面持续攻关,加快形成“可量产、可验证、可追溯”的产业化能力;同时推动更多高校科研力量与龙头企业联合,围绕材料纯净化、超大件精密制造与服役寿命评估等方向形成持续迭代机制,进一步巩固国际竞争优势。