2016年度国家科技进步奖推荐项目

1、 2016年度国家科技进步奖推荐项目公示材料一、项目名称巨型水轮发电机组高性能大型铸锻件共性关键制造技术及推广应用二、推荐单位国务院三峡工程建设委员会办公室三、推荐单位意见经确认推荐书所推荐材料真实有效，相关内容均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。大型铸锻件是水轮发电机组等重大装备的重要基础零部件，是关系国家经济发展和战略安全的重要产品。巨型水轮发电机组所需高性能、超大尺寸铸锻件更是备受关注的重点。 中国长江三峡集团公司、清华大学等单位联合申报的“巨型水轮发电机组高性能大型铸锻件共性关键制造技术及推广应用”项目，率先颁布了满足巨型水轮发电机组所需大型铸锻件系列技术标准，揭示了大型变截面

2、变曲面薄壁马氏体不锈钢铸件铸造与热处理全过程变形规律，制定了铸件变形控制规范，发明了大型锻件内部缺陷和组织控制锻造工艺方法、创新了大型复杂形状、高性能铸锻件热处理技术，使国产大型铸锻件逐步满足了三峡右岸和地下电站、向家坝电站、溪洛渡电站和国内众多水电站的需求，还走出国门、大量出口，占据了国际市场较大份额，创造了巨大的经济效益和社会效益。目前，国产大型铸锻件已应用于乌东德电站单机容量850MW水轮发电机组，可满足单机容量1000MW水轮发电机组，创造了水轮发电机组功率、铸锻件规格等多项世界之最。 同意推荐该项目申报国家科学技术进步奖一等奖。四、项目简介在三峡工程左岸机组制造中，水轮发电机组用大型

3、铸锻件完全依赖进口，成为了三峡工程建设的瓶颈。国家有关部门高度重视。在“十一五”国家科技支撑计划项目课题支持和中国长江三峡集团公司科技发展规划项目课题“技术规范、质量标准国际化能力提升研究”的推动下，中国长江三峡集团公司、清华大学、水轮发电机组设备制造企业、铸锻件制造企业等单位通过“产学研用”联合攻关与技术推广，历时10年取得了一系列重大突破，国产大型铸锻件逐步满足了三峡右岸和地下电站、向家坝电站、溪洛渡电站和国内众多水电站的需求，而且走出国门、大量出口，占据了国际市场较大份额。目前，国产大型铸锻件已应用于乌东德水电站的850MW水轮发电机组，可满足单机容量1000MW水轮发电机组，创造了水轮

4、发电机组功率、铸锻件规格等多项世界之最。主要创新成果如下：1、率先颁布了满足巨型水轮发电机组所需大型铸锻件系列技术标准。基于铸锻件全制造过程系统质量控制目标，集成了力学性能指标及其合理匹配，主要元素和微量元素精确成分范围，无损检测方式，缺陷等级划分及其处理措施，以及形状尺寸偏差控制和表面质量要求，制定了满足1000MW级水轮发电机组用的大型铸锻件系列技术标准，满足了国家重大水电工程建设需要。2、揭示了大型变截面变曲面薄壁马氏体不锈钢铸件铸造与热处理全过程变形规律，制定了铸件变形控制规范。建立了水轮机马氏体不锈钢铸件的铸造与热处理全过程建模与数值模拟仿真平台，揭示了变截面变曲面薄壁大型铸件铸造与

5、热处理全过程的变形规律，并制定了大型铸件变形控制规范。3、发明了大型锻件内部缺陷和组织控制锻造工艺方法。结合锻件形状和锻造工艺成形特性，通过精确控制成形过程中主要类型缺陷的核心工艺参数范围，有效解决了大型锻件内部缺陷变化引起探伤超标和组织性能不合格问题。4、创新了大型复杂形状、高性能铸锻件热处理技术。建立了应力诱导相变和相变诱导塑性的实验方法。制定热处理工艺参数的精确控制范围，有效解决了大型铸锻件断面尺寸大、热处理时间长所导致的组织变化，实现了分析大型铸锻件热处理过程中应力分布、组织变化规律，以及晶粒度预测的目的。经鉴定整体技术达到了国际领先水平，获省部级等科技奖励3项。授权发明专利8项，其它

6、知识产权成果2项。研究成果有效地解决了我国巨型水轮发电机组大型铸锻件制造的瓶颈问题，实现了水电行业铸锻件制造水平快速提升，有力推动了我国水电重大技术装备制造业的跨越式发展。研究成果已成功应用于三峡、向家坝、溪洛渡、糯扎渡、锦屏I/II、乌东德及其他重大水电工程，已创造经济效益120多亿元，社会效益更加巨大。五、客观评价由中国长江三峡集团公司、清华大学等多家单位共同完成的项目“巨型水轮机组高性能大型铸锻件共性关键制造技术及在推广应用”具有明显的技术优势，通过科技创新取得了重大突破，在市场推广方面具有很强的竞争力，取得了巨大的经济效益和社会效益。1、验收意见2010年3月“大型铸锻件共性技术研究”

7、课题通过验收。以梁维燕院士为组长的验收专家组认为：掌握了铸造变形控制、铸锻件裂纹控制、锻件成形、缺陷等关键共性技术问题，开发了热加工工艺过程模拟仿真技术，并在水轮机转轮、水压机横梁等铸件、汽轮机低压转子、水轮发电机镜板锻件等生产上进行了验证。解决了水轮机转轮叶片、下环、镜板、水压机横梁、核电特大型转子等大型铸锻件缺陷和成形控制过程中一些关键共性问题，为提高产品质量，形成部分关键铸锻件技术能力，起到了至关重要的技术支撑作用。2011年7月“大型铸锻件制造关键技术与装备研制”重点项目（项目编号：2007BAF02B00）通过验收。验收报告充分肯定了课题在其中的重要作用。2、鉴定意见2015年6月，

8、中国水力发电工程学会组织召开了成果鉴定会，以吴义航为组长的鉴定委员会一致认为：大型水轮发电机组铸锻件系列标准，满足了三峡、向家坝、溪洛渡、乌东德、白鹤滩等国家重大水电工程建设需要，已为国内其他水电站工程所采用，取得了巨大的经济效益和社会效益，为提升我国水电装备水平发挥了重要作用。成果整体达到了国际领先水平。2012年6月，教育部组织召开了成果鉴定会。以胡正寰院士为组长，机械工程学会秘书长宋天虎、国务院三峡办原司长许可达为副组长的鉴定委员会认为：“大型铸锻件关键共性制造技术与应用”项目在大型铸锻件关键共性技术和应用等各个方面，取得了一系列创新性成果。对于保证国家三峡工程、百万千瓦核电等重大工程建

9、设，发挥了重要的支撑作用，取得了巨大的社会效益和经济效益。研究成果整体技术水平达到了国际先进水平，其中大型变断面变曲面及薄壁环形铸件的动态变形模拟与测量、控制大型锻件内部缺陷和组织变化的锻造工艺达到了国际领先水平。3、媒体报道2015年两会期间，科技部万钢部长答记者问时明确提到水电等重大技术装备开始走向世界。2010-2015年光明日报、科技日报、中国三峡、水电站机电技术、当代电力文化、国际商报、中国锻造网、中国工业新闻网等多个核心期刊、报纸、网络媒体都有文章指出三峡大型铸锻件等技术进步及标准实现了我国水电装备技术水平和自主创新能力的新跨越,我国水电装备整体制造水平跨入世界先进行列。4、用户评

10、价东方电机有限公司、哈尔滨电机厂有限公司等主机制造单位使用该成果后证明，采用具有自主知识产权的技术标准优于参照国外标准采购铸锻件，不仅节省了大量的资金，而且适合于国情，操作方便，产品质量可靠。彻底摆脱了受制于人的被动局面。德国福依特（Voith）公司等国外企业采用上述技术标准在中国采购铸锻件，用于其全球合同。国内其他水电集团公司普遍采用三峡集团公司颁布的铸锻件技术标准，作为大型铸锻件设计、制造、订货的依据（在哈尔滨电机厂有限公司和东方电机有限公司的生产技术资料中得到证实）。中国长江三峡集团公司水电装备走出国门，国产大型铸锻件生产制造能力为其提供了基础保障。5、获奖情况该成果已获得省部级科技奖励

11、3项。分别为2015年水力发电工程学会科学技术奖励一等奖1项，2014年教育部科技进步奖（推广类）1项，2012年教育部科技进步奖1项。六、推广应用情况研究成果应用于三峡右岸电站（部分）、三峡地下电站6台700MW机组、溪洛渡电站18台770MW机组，向家坝8台800MW机组，目前，三峡水电站为世界第一大水电站，溪洛渡为世界第三大水电站。并进一步推广到综合科技含量领先国际的西南水电群，如已经开工建设的乌东德电站12台850MW、正在前期准备的白鹤滩电站16台1000MW等水电机组，单机容量从700MW向800MW直至1000MW机组。涉及整个装机容量已达50660MW。据不完全统计（仅统计20

12、13至2015年期间处于机组合同执行阶段的电站），仅三峡地下电站、溪洛渡、向家坝、乌东德、官地、锦屏I级、锦屏II级、糯扎渡、阿海等电站的水电机组精加工后铸锻件产品总重量约8.8万吨，创造销售额约120亿元。此外，正在前期准备中白鹤滩电站水电机组用精加工铸锻件产品净重约2万吨，即创造销售额将约27.2亿元。科技创新正引领着中国水电一步步走向世界。福依特公司采用中国该成果及技术标准在中国采购铸锻件，向全球装备供货。国内其他单位使用上述技术标准，设计订购大型铸锻件。鞍钢重机出口了世界上最大尺寸、重量最大的勒丁顿水电机组铸件，宁夏共享铸钢公司制造的水轮机不锈钢铸件其产量一半以上出口国外。中国已成为世

13、界上巨型水轮发电机组高性能铸锻件最大制造基地，在国际上产生了重要影响。所研究掌握的锻造过程中材料内部塑性变形分布规律等共性关键支撑数据载入锻压手册（第三版）。作为大型锻件锻造工艺编制的基础和依据，直接指导全行业大型锻件生产工艺制定。七、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利一种测量热处理过程水轮机叶片翘曲变形的方法中国ZL 201010245812.42012,7,25第1013569号清华大学聂刚、喻海良、康进武有效发明专利一种用于冷却大型环形铸件的喷嘴形气流导向装置中国ZL 200910219085.12012

14、,5,23第952578号清华大学喻海良、康进武、黄天佑、胡永沂有效发明专利一种使大型环形铸件均匀快速冷却栅形气流导向装置中国ZL 200910219084.72011,8,24第830059号清华大学喻海良、康进武、黄天佑、胡永沂有效发明专利角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺中国ZL 200910235348.82011,9,14第841267号清华大学刘鑫、马庆贤、钟约先有效发明专利一种上平下V砧拔长时的翻转方法中国ZL201210581318.42015,2,18第1589803号清华大学潘品李、马庆贤、钟约先有效实用新型水力学模拟浓度测量装置中国ZL2013206394282014,4,

15、2清华大学康进武、董超有效发明专利一种铸件充型水模拟的方法中国ZL2011103841252013,3,27第1165308号清华大学康进武、郝小坤、聂刚、胡毅森、黄天佑有效发明专利一种大型铸件铸造过程表面温度变化间接测量的方法中国ZL2011103880312013,7,3第1229370号清华大学;宁夏共享铸钢有限公司康进武;游锐;聂刚;郝小坤;龙海敏;黄天佑;付龙;马斌有效软件著作权有限差分/有限元集成铸件热应力分析系统【简称：FT-STRESS】v1.0中国登记号：2010SRBJ3411。证书号：软著登字第 BJ28794号第2010-069号清华大学康进武、柳百成、黄天佑软件著作权

16、轴对称工件的热处理模拟计算软件NSHTWIN中国登记号2011SR011581清华大学、机械科学研究总院八、主要完成人情况姓名排名技术职称行政职务工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献马庆贤1教授教授清华大学机械工程系清华大学“大型铸锻件共性技术研究”课题负责人，负责制定了总体技术研究方案，以及协调技术工作。对主要创新成果1和2做出了核心贡献。大型水轮发电机组锻件系列技术条件的主要起草人之一；参加大型铸锻件工程技术要点制定、质量控制，以及试验、运行和成果分析总结。完成了成果2中主要内容。张成平2教高局长中国长江三峡集团公司机电工程局中国长江三峡集团公司三峡集团公司大型铸锻件技术标准（规范）制定

17、、应用技术负责人。对创新成果1做出了核心贡献。大型水轮发电机组铸锻件系列技术条件的主要起草人之一；参与并推动实施大型水电机组关键铸锻件材料技术进步；参与/组织大型铸锻件工程技术要点制定、质量控制，以及试验、运行和成果分析总结。胡伟明3教高副局长中国长江三峡集团公司机电工程局中国长江三峡集团公司三峡集团公司产学研用大型铸锻件技术标准集成技术工作负责人。对创新成果1做出了核心贡献。大型水轮发电机组铸锻件系列技术条件的主要起草人之一；参与并推动实施大型水电机组关键铸锻件材料技术进步；参与/组织大型铸锻件工程技术要点制定、质量控制，以及试验、运行的集成工作。康进武4副教授副教授清华大学材料学院清华大学

18、对创新成果3和4中水轮机叶片、下环等在铸造和热处理全过程中的变形规律和工艺技术做出核心贡献，并解决了推广过程中的技术难题。授权发明专利3项，获批软件著作权1项。戴 江5教高部门主任中国长江三峡集团公司机电工程局中国长江三峡集团公司对创新成果1中技术内容做出核心贡献。大型水轮发电机组铸锻件系列技术条件的主要起草人之一；参与并推动实施大型水电机组关键铸锻件材料技术进步；参与水轮发电机组大型锻件材料的市场调研；参与国内水电机组大型锻件的质量分析、总结。马德生6教高原总锻冶师东方电气集团东方电机有限责任公司东方电气集团东方电机有限责任公司对创新成果1中技术内容做出核心贡献。全面总结和提炼了大型水电机组

19、铸锻件国内外制造经验进行，参与起草和编制了三峡大型水电机组铸锻件系列技术标准，确定了铸锻件主要元素、微量元素成分的精确范围和有害气体含量考核要求，优化了综合力学性能指标，确定了严格的无损检验方式和要求，放宽了部分技术指标要求，规定了制造全过程技术接口。标准在大型水电机组铸锻件中的应用。李文学7教高部门副主任中国长江三峡集团公司机电工程局中国长江三峡集团公司对创新成果1中技术内容做出核心贡献。根据三峡水电站大型锻件应用现状和后续水电项目需求，提出了大型水轮发电机组主轴和镜板锻件技术参数和采购技术条件，并已在溪洛渡、向家坝水电项目上得到了应用；参加了大型锻件生产工艺、质量控制等技术要点的制定，国内

20、水电机组大型铸锻件的验收和缺陷分析、总结，大型水电机组铸锻件标准编制，满足了1000MW级水电机组对关键部位铸锻件的要求，并乌东德等水电项目中推广应用。柳百成8院士工程院院士清华大学材料学院清华大学指导提出了确定了总体技术方案和推广方案。并对主要创新成果3和4中建立了马氏体不锈钢铸件和热处理全过程应力应变分析技术、变断面变截面薄壁与环类铸钢件变形模拟、检测与控制技术做出了主要贡献。解决或指导解决了大型铸钢件凝固中应力、偏析等工艺控制中关键技术问题。多次在国内外国际会议上做特邀或主题报告。刘功梅9高级工程师专业师中国长江三峡集团公司机电工程局中国长江三峡集团公司对创新成果1中技术内容做出核心贡献

21、。大型水轮发电机组铸锻件技术条件的主要起草人之一。参加论证提出了700MW级水轮发电机组用锻件材料各项技术参数和要素论证、分析评估，目前，在溪洛渡、向家坝电站项目均得到已应用。参加了大型锻件工程技术要点制定、质量控制、施工组织，参与试验、运行和成果分析总结。吴 英10研究员级高工总专业师中国长江三峡集团公司机电工程局哈尔滨电机厂有限责任公司对创新成果1中技术内容做出核心贡献。参加大型铸锻件技术条件系列标准制订，依据哈电几十年对于大型铸锻件订货和生产制造经验，提出了一些合理技术指标及验收方法，对主轴镜板等产品部件取样位置确定做了大量工作。并对标准推广实施验证做了大量工作和努力。孙凤先11高级工程

22、师部长鞍钢重型机械有限责任公司技术部鞍钢重型机械有限责任公司参加了“十一五”国家科技支撑计划课题水电机组铸件制造技术的研发工作。对创新成果3和4中技术内容做出核心贡献。负责研发了水轮机组转轮下环等铸锻件工艺技术，并组织了出口美国勒丁顿抽水蓄能等最大重量上冠制造技术创新。参加了大型锻件技术标准的制定和推广工作。娄延春12研究员所长沈阳铸造研究所沈阳铸造研究所对创新成果1中技术内容做出核心贡献。组织了大型电渣导叶的工艺研究和产品生产，并参加了三峡集团企业标准QJ/CTG03.02-2013的起草工作。刘 洁13教高副主管中国长江三峡集团公司机电工程局中国长江三峡集团公司对创新成果1中技术内容做出了

23、贡献。参加论证提出了700MW级水轮发电机组用锻件材料各项技术参数和要素论证、分析评估，目前，在溪洛渡、向家坝电站项目均得到已应用。参加了大型锻件工程技术要点制定、质量控制、施工组织，参与试验、运行和成果分析总结。杨晓兵14高级工程师科长铸锻公司大型铸锻件研究所中国第二重型机械集团公司大型水电机组关键铸锻件制造技术课题主要完成人。对主要创新点3和4中研发变断面变截面薄壁与环类铸钢件变形模拟、检测和控制技术做出了重要贡献。解决了以三峡电站水轮机转轮下环为代表的薄壁铸钢件工艺制定、优化、质量控制等技术问题。同时还参与了系列三峡铸锻件技术标准的修订工作。张景利15高级工程师副主任中国第一重型机械股份

24、公司技术中心办公室中国第一重型机械股份公司作为单位科研管理直接负责人，协调解决了产学研用衔接工作，负责了共性技术在单位研究、应用、产业化、生产推广和规范化工作，并参加撰写了大型短剑技术标准。对创新成果1、2做出来核心贡献。九、主要完成单位及创新推广贡献1、中国长江三峡集团公司（1）根据国家的部署和安排，分析国际水电市场供求关系，采取“技贸结合、技术装让、联合设计、合作生产”的方式，实现水电装备技术重点跨越，推动国内机电装备制造业自主发展，取得了重大成果。（2）以工程项目实际需求，带动国内技术进一步发展、逐攀高峰。在三峡电站项目推动国内产业的基础上，以溪洛渡、向家坝、以及乌东德、白鹤滩等巨型水电

25、工程项目为平台，开展机组设计、结构、制造、关键材料及工艺等方面的科研攻关，推进水电机组单机容量从700MW到1000MW的跨越，并带动水电机组相关技术、配套设备以及水轮发电机组铸件、锻件等原材料技术研究与提高。（3）加强质量全方位管理，将质量控制从生产运行环节，追溯到上游生产链的机组设备制造、设备原材料生产环节。确保机组设备最终质量，有利于电站机组设备安全稳定运行。（4）吸取、总结三峡、溪洛渡、向家坝以及国内其他大型电站水轮发电机组铸锻件技术经验，组织国内铸锻件制造企业、水电机组制造企业、高校、科研单位，制定大型水轮发电机组铸锻件技术标准，并在乌东德、白鹤滩水轮发电机组合同中引用编界定相关技术

26、要求。 2、清华大学（1）主持“十一五”国家科技支撑计划课题，完成了大型铸锻件共性关键技术研究，为大型水轮机组系列铸锻件技术标准制定和铸锻工艺提升提供了技术支撑。（2）负责并组织编写了700MW级水轮机组主轴、镜板锻件技术标准，并配合生产企业开展实际应用。（3）基于传热相变应力耦合的铸造和热处理全过程数值模拟平台及其变形和裂纹预测与控制研究成果，制定了大型变截面变曲面铸件的变形控制工艺规范和大型环类铸件的变形和裂纹控制工艺规范。（4）根据一重集团提供的解剖铸锭和锻件材料，掌握了高性能锻件主要缺陷控制工艺参数范围。采用物理模拟和数值模拟技术，掌握了砧型、砧宽、压下量、变形量等工艺参数作用范围。（

27、5）在推广应用中，解决了应用基础与实际问题有效衔接问题。 3、东方电气集团东方电机有限公司（1）分析和处理大型水电机组铸锻件出现的质量问题，提出质量缺陷类型和机械性能指标合理范围。（2）组织编制水轮机专用铸件、半成品件采购及外委加工管理程序、水电锻件采购取本体试样、UT探伤管理程序、水轮机叶片三维型线检测技术规范、水轮机上冠、下环过流面外委加工型线检查验收规范，解决检测等多项技术难题，为最终形成系列技术标准提供了技术支撑。（3）参加起草编制三峡大型水电机组铸锻件系列技术标准，并在所承担的机组设备中全面推广应用，并解决了使用中的技术问题。 4、哈尔滨电机厂有限责任公司（1）在水轮发电机组叶片铸件

28、等生产制造中，测试了充型、热加工等实际生产过程中材料流动等参数，为提高质量提供了技术支撑。（2）为巨型水轮发电机铸锻件系列标准的制定进行大量的基础试验研究，并对数据进行整理分析，为标准中数据的准确性、先进性与可行性奠定了基础。（3）参与标准编制与修订工作，并根据大量铸锻件材料应用经验，提出合理的标准修订建议，采纳内容吸收到标准内容中。（4）按照系列标准，联合国内大型铸锻件生产厂商，对实物产品进行生产检验，进一步验证系列标准的先进性和可执行性，证明了国内重点厂商通过努力完全可以具备按标准要求生产制造大型铸锻件的能力。 5、沈阳铸造研究所参加了中国长江三峡集团公司企业标准大型水轮机电渣熔铸马氏体不

29、锈钢导叶铸件技术条件（QJ/CTG03.02-2013）的起草工作。 6、鞍钢重型机械有限责任公司（1）“大型水电机组关键铸件制造技术研究及产业化”课题负责单位。（2）在国内率先成功生产出三峡工程水轮机转轮下环铸件，实现了国产巨型水轮发电机组大型铸件零的突破。生产的美国勒丁顿抽水蓄能机组上冠铸件，为同类型最大的铸件。为三峡、乌东德等国内外水电工程机组提供了高质量的大型铸锻件。(3）完成了大型铸锻件内部缺陷控制锻造工艺的验证、推广工作。参加了大型水轮发电机组锻件技术条件的制定工作。参加了系列三峡铸锻件技术标准的起草工作。 7、中国第二重型机械集团公司 (1）“大型水电机组关键铸锻件制造技术研究”课题负责