2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会上郑重宣示：“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”实现碳达峰碳中和目标的核心路径是推动能源绿色转型升级，水电作为我国重要的绿色能源，是实现“双碳”目标的核心路径。

我国重大水电工程正在向“高水头、大容量”方向发展。如钢板强度不变，则压力钢管厚度会大幅增加，叠加恶劣施工环境，导致工程难度加大！因此，为降低钢板工程应用难度，就必须提高钢板强度，“十五五”确立的雅下水电工程特大项目，对钢板超高强度、超低温韧性提出了更高的要求。

本项目依托浙江天台抽水蓄能电站，服务雅下水电工程。三峡建工选择在建项目水头世界第一（724m）、单机容量国内最大（425MW）的浙江天台抽蓄电站，在承载压力最大的部位，设计采用1000MPa级高强钢，就是为雅下水电工程关键承压部件用钢的选材及应用提供技术支撑和工程验证。

国外首次工程应用1000MPa级水电钢，曾发生压力钢管爆裂事故。针对国内“高水头、大容量”水电项目需求，开发高强韧、低应变时效脆化、易焊接的1000MPa级钢板和配套焊接材料势在必行，但是1000MPa级高强钢板、配套焊接材料的开发及国内首次工程应用存在诸多挑战！

1.厚钢板超高强度与低温韧性难兼顾

随着水电工程建设向高海拔严寒区域推进，低温服役工况对钢板低温韧性提出更高要求。1000MPa级厚钢板为实现超高强度，常采用提升碳当量或添加高含量固溶强化合金的成分设计，该方案易加剧晶格畸变与组织偏析，推高钢材韧脆转变温度；同时钢板厚度增加后，淬火时芯部冷却速度慢，容易出现组织不均匀的问题，造成厚度方向性能从表层到芯部逐步衰减，无法满足全厚度截面的性能要求；此外，钢板后续冷弯成形产生的应变时效会持续恶化钢材韧性，进一步加剧构件在低温服役过程中发生脆性断裂的风险。

2.焊接材料高强高韧反向制衡

为保证1000MPa级高强水电钢焊接接头具备充足承载能力，配套焊材必须与母材形成等强匹配关系。与母材存在相同的强韧制约规律，若依靠提高合金元素含量提升焊缝强度，极易造成焊缝金属韧性降低。与此同时，水电工程焊接接头持续承受高水头荷载作用，行业对焊缝的低温韧性、抗裂纹扩展能力设置了更高门槛，该固有性能矛盾大幅提升了配套焊接材料的研制难度。

3.现场复杂环境施焊工艺控制难度大

压力钢管现场安装环境恶劣，施工洞内通风大、湿度高达 87%～92%，钢板表面易凝露、坡口水渍、锈层吸附水分，形成充足氢源，焊接过程分解产生高含量扩散氢，大幅提升1000MPa级压力钢管焊接冷裂纹产生倾向；此外，现场焊接质量均一性难以把控，焊材储运及使用需全程干燥，预热、层间温度等工艺管控标准严苛，加之洞内工况多变，焊接热输入难以稳定恒定，多重因素叠加大幅提升现场焊接工艺管控难度。

在此背景下，宝钢依托重大工程需求牵引，联合产业链上下游共十一家单位，针对材料性能匹配、组织调控及工程焊接三大关键技术难题，开展了系统性基础研究与工程化应用研究。

1.1000MPa级低裂纹敏感性钢板设计与全链条制造技术

项目团队自主研制出1000MPa级低焊接裂纹敏感性高强韧钢板，构建了水电工程用1000MPa级高强钢板技术标准体系，提出了低碳、低硅锰、高镍合金成分设计理念，研发出高合金含量钢板超纯净冶炼技术，开发出超高强钢板低温相变显微组织、亚结构调控技术，攻克了钢板高强度、高塑韧性、优良焊接性与抗应变时效脆化之间相互矛盾的难题。工程化批量生产的1000MPa级高强钢板-60℃下冲击韧性、-40℃下5%应变时效冲击韧性均稳定在70J以上，钢板最大厚度规格达120mm。

2.自主开发了满足水电工程的1000MPa级高强钢焊材及配套焊接工艺

针对1000MPa级高强水电钢板配套焊接材料空白，项目团队自主开发出专用高端焊材。提出将凝固相变组织模拟计算与高通量试制试验相结合的数字化成分设计思路，形成包含晶粒细化调控、镍元素合金增韧、超低氧、氢杂质精准控制在内的焊缝组织调控核心技术；通过系统试验揭示各关键焊接工艺参数影响焊缝组织与力学性能的内在机制，明确手工焊、气体保护焊、埋弧焊三类施工工艺的安全可控窗口，突破了焊材熔敷金属高强韧性与优良焊接工艺性的匹配难题。所开发的焊条、埋弧焊丝/焊剂、气保焊丝，熔敷金属性能均匀稳定，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥18%，-40℃低温冲击韧性≥47J。

3.首次开发了水电工程高湿环境施焊及安全服役产业化技术

（1）研发了1000MPa级高强钢板优质高效焊接技术。发现H溶入扩散溢出机制，研发出直流脉冲MAG焊精准工艺与Ar-CO2二元焊接保护气综合调控技术，实现极端环境下（大风、高湿、低温）1000MPa级高强钢板焊接接头性能均衡及对裂纹、气孔、夹渣等缺陷的有效控制。

（2）开发了1000MPa级高强钢板现场焊接智能监控系统。开发出高强钢现场焊接智能监控核心硬件网络协议及配套软件，创建焊接设备与数据采集终端-云平台-数据库互联系统，实现对焊接关键参数的实时在线监控与数据可追溯。首次应用于浙江天台抽蓄电站1000MPa级高强现场焊接，焊接质量的全面提升确保了工程服役的安全性，焊接施工周期缩短10%以上。

项目攻克了1000MPa级高强钢及其配套焊材批量化生产、首次大批量规模化工程应用的系列技术难题，成功应用于在建全球额定水头最高、国内单机容量最大的“十四五”重点工程天台抽蓄电站，实现1000MPa级钢岔管、压力钢管双首台套工程示范应用及国内首次也是唯一的1000MPa级水电钢大规模批量化工程应用。钢板批量生产、压力钢管制备安装、水压及爆破试验直至工程并网发电均顺利实现，充分验证了本项目关键材料技术工程应用的可靠性，缔造了新材料、新技术从实验室研发、工厂量产到工程现场落地的中国效率。

（1）国内首个全国产化1000MPa级模型钢岔管水压爆破试验成功

采用宝钢1000MPa级钢板制造的模型钢岔管在天台抽蓄电站现场圆满完成水压爆破试验，模型钢岔管按照1：2.5正态模型设计。模型钢岔管实际爆破压力值为26.5MPa，超过模拟计算的爆破压力极值24.9MPa。完美地验证了1000MPa级水电高强钢板及其配套焊材、焊接工艺技术工程应用的可靠性，为电站后续施工积累了试验数据和技术经验。

图1 1000MPa级模型钢岔管爆破试验

（2）国内首台套1000MPa级引水钢岔管实现工程示范应用

采用宝钢钢板制作的国内首台1000MPa级引水钢岔管经过两次9.5MPa的最大保压试验，钢岔管结构稳定，各部位焊缝均未发生渗漏等异常情况，应力应变等满足设计要求，验证了设计方案的合理性和焊接施工质量的可靠性，顺利通过验收，标志着国内首台1000MPa级钢岔管研制成功，突破了高水头抽蓄、冲击机组的关键核心承压部件的制造瓶颈，填补了行业空白，实现水电行业1000MPa级水电高强钢首台套工程示范应用。

图2  1000MPa级引水钢岔管水压试验

图3  1000MPa级引水钢岔管安装就位

（3）成功实现1000MPa级水电高强钢及其配套焊接材料国内首次大规模工程应用

天台抽蓄电站引水系统下斜井下弯段和下平洞压力钢管采用宝钢1681吨1000MPa级高强钢板制作，属于国内首次。1000MPa级压力钢管采用本项目开发的国产配套焊材，焊接过程顺利，焊缝成型美观，焊缝质量均一次性验收通过，合格率达到100%。2026年6月25日，浙江天台抽水蓄能电站全面投产发电，标志着本项目国产1000MPa级高强钢板、配套国产焊材及其焊接工艺技术国内首次大规模工程应用获得成功。

图4 浙江天台抽蓄电站全面投产发电

（4）经济与社会效益

项目实施后取得了显著的经济效益，采用1000MPa钢板相对800MPa钢板减薄20%以上，本项目共应用1781吨钢材，节约钢材、焊材、替代进口、降低施工成本等，直接经济效益超5000万元；此外，构件的减重降低了钢板卷制、焊接、吊装施工难度，工期缩短10%以上。面对未来数十万吨级的市场需求，该技术将带来巨大经济效益。

本项目树立了特大水电、高水头抽蓄电站关键承压部件用钢自主化工程样板，引领了水电钢发展方向，是我国水电行业“更高、更强”技术创新道路上取得的里程碑式成就，对于打破国外技术壁垒、确保我国重大水电工程关键材料自主，具有重大的战略意义。

本项目成果为雅江下游特大水电工程开发积累了宝贵的技术经验、提供了坚实的技术支撑，将在该工程的引水压力管道、钢岔管、配水环管等关键核心承压部件的制造中发挥巨大的作用，推广应用前景广阔，社会效益巨大。