问题:长期以来,超大型船用低速柴油机曲轴被视为船舶动力系统的核心部件之一,其制造能力直接关系高端船型建造水平。
我国在900毫米及以上缸径曲轴领域曾一度受制于供货周期、价格与技术壁垒,产业链面临“船等机、机等轴”的被动局面,既影响重大船舶项目交付,也增加供应链不确定性。
原因:超大型曲轴制造难度并不止于尺寸巨大,更难在超重构件上实现材料、组织与精度的协同控制。
一方面,曲轴对钢材纯净度和内部缺陷控制要求极高,宏观缺陷容限极小,冶炼、浇注、锻造任何环节的波动都可能带来结构性风险;另一方面,曲轴往往由多部件拼装,涉及“红套”等复杂装配工艺,异形结构受热后变形不均,误差会在装配链条中被放大;同时,超大截面锻件的热处理窗口窄、组织均匀性控制难,既要强度又要韧性,更要满足长期极端工况下的疲劳与可靠性指标。
这些因素叠加,构成了长期“卡点”。
影响:此次通过鉴定的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产品之一。
成果的意义不仅在于实现“能造”,更在于形成稳定、可复制的工艺体系与质量控制方法,填补我国在900毫米及以上缸径大型低速机船用曲轴制造领域的技术空白,增强高端船舶关键部件的自主供给能力。
对产业而言,这将有助于降低重大项目外部依赖风险,提升交付韧性与成本控制能力,并为我国向造船强国迈进提供关键支撑。
对策:项目由上海电机学院联合上海电气上重铸锻有限公司、上海船用曲轴有限公司、上海中船三井造船柴油机有限公司等单位协同推进,并在相关国家和地方专项支持下,贯通“材料—锻造—热处理—精加工—装配—验证”全流程攻关,形成一批可落地的核心工艺与控制技术。
其一,从源头提高材料质量,研发大型低氢低氧高洁净下注钢锭制备技术,强化钢液洁净度与缺陷控制能力;其二,面向超大截面、异形曲拐等典型难件,建立强韧性调控热处理工艺体系,使产品强度与韧性指标实现显著提升;其三,针对非均匀异形结构红套孔加热变形难题,通过仿真计算与多轮试制迭代,形成加热变形控制方法,把关键部位变形稳定控制在严格公差范围内;其四,完善高精度拼接与过程质量监测,提升超大型构件“重载下做精活”的一致性与可靠性。
更为重要的是,此次攻关探索了“以产业需求牵引科研、以科研成果反哺制造”的协同路径,推动高校科研与企业生产同频共振。
前景:随着全球航运业绿色转型提速,LNG、甲醇等替代燃料船舶及超大型集装箱船需求增长,对低速机核心零部件提出更高可靠性、寿命与制造一致性要求。
据悉,相关产品已在24000TEU超大型甲醇双燃料集装箱船等船型上实现应用。
下一步,围绕规模化稳定供货、标准体系完善、关键工艺数字化与检测能力提升仍是重点方向。
业内预计,在持续的技术迭代与产业协同支撑下,我国有望进一步拓展更大规格曲轴的制造边界,推动关键零部件由“国产替代”走向“质量引领”,为高端船舶与海洋装备构建更安全、更可控的供应链。
从"受制于人"到"自主可控",我国超大型船用曲轴技术的突破不仅是一个产品的成功,更是国家创新体系效能的生动体现。
它证明,只要坚持需求导向、强化协同创新,我国完全有能力攻克关键核心技术难题。
这一案例也为其他领域的技术攻关提供了有益借鉴:唯有将国家战略需求、产业实际需要与科研创新紧密结合,才能在激烈的国际竞争中赢得主动,实现高质量发展。