“奮斗者”號全海深載人潛水器成功完成萬米海試并于28日勝利返航。中國科學(xué)院金屬研究所鈦合金團隊采用自主發(fā)明的Ti62A鈦合金新材料，為“奮斗者”號建造了世界最大、搭載人數(shù)最多的潛水器載人艙球殼。

突破技術(shù)障礙

載人艙是全海深載人潛水器的核心關(guān)鍵部件，是人類進入萬米深海的硬件保障和安全屏障，標(biāo)志一個國家載人潛水器的技術(shù)水平。此前世界上最先進的全海深潛水器是美國2019年5月完成萬米下潛的“極限因子”，其載人艙可搭載2人。

在中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項支持下，中國科學(xué)院金屬研究所2014年開始針對全海深載人潛水器用載人艙材料與制造等關(guān)鍵技術(shù)展開調(diào)研論證和預(yù)先研究。2016年國家重點研發(fā)計劃立項后，中國科學(xué)院金屬研究所牽頭，聯(lián)合寶鈦股份有限公司、中國船舶集團公司洛陽船舶材料研究所、中航工業(yè)制造技術(shù)研究院和中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所，發(fā)揮各家單位技術(shù)優(yōu)勢，組建全海深鈦合金載人艙研制“國家隊”，歷時3年全面完成了研制工作，成功建造世界最大、可搭載3人的全海深載人艙。

研制團隊解決了若干鈦合金基礎(chǔ)科學(xué)問題，攻克了載人艙材料、成形、焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

首先，金屬所獨創(chuàng)的新型鈦合金材料Ti62A成功解決了載人艙材料所面臨的強度、韌性和可焊性等難題。以往深潛器主要使用Ti64材料，在萬米海深的極端壓力條件下，按照載人艙的目標(biāo)尺寸和厚度要求，這種材料在強度、韌性等指標(biāo)上已不可能達到。金屬所首次提出一種新型的合金設(shè)計方案，并據(jù)此設(shè)計實現(xiàn)了一種全新的鈦合金顯微結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了具有良好熱加工成形和焊接成形性能的鈦合金Ti62A，在韌性和可焊性與Ti64合金相當(dāng)?shù)那疤嵯麓蠓忍嵘藦姸?，從而成功解決了載人艙球殼的材料難題。

其次，解決了大尺寸超厚鈦合金材料成形的均勻性和力學(xué)性能穩(wěn)定性難題。鈦合金材料存在固有的“尺寸效應(yīng)”，即尺寸和厚度越大，其均勻性和力學(xué)性能穩(wěn)定越難以保證。這是其應(yīng)用于深海極端高壓環(huán)境必須跨越的障礙。金屬所通過設(shè)計材料微觀組織及其獲取工藝，成功克服了鈦合金的“尺寸效應(yīng)”，為實現(xiàn)載人球艙材料微觀組織均勻和力學(xué)性能穩(wěn)定奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。寶鈦股份全力以赴，將設(shè)備能力發(fā)揮到極致，制備出高品質(zhì)鑄錠、高質(zhì)量板材和高精度半球，創(chuàng)造了國內(nèi)鈦合金鑄錠重量、板材厚度和鍛件截面尺寸等多項紀(jì)錄。

第三，突破了高強高韌鈦合金的焊接技術(shù)，保證了焊縫的韌性及其他相關(guān)指標(biāo)達到要求。載人球艙由兩個半球焊接（赤道縫）而成，幾個窗口和接口（孔座）也必須通過焊接完成。保證焊縫位置的韌性滿足要求是焊接技術(shù)面臨的世界性難題，實現(xiàn)超大尺寸與厚度材料的全電子束一次焊接，更是橫在任務(wù)面前一道難以逾越的障礙。金屬所獨辟蹊徑，提出了一些新的焊接思路。洛陽船舶材料所勇于創(chuàng)新，突破了一系列焊接成形技術(shù)，實現(xiàn)載人球艙全電子束焊接，確保了焊縫質(zhì)量和強韌性能全面達到設(shè)計要求。

協(xié)力攻堅克難

全海深載人艙研制技術(shù)跨度大，時間緊迫，從材料試制、工程化驗證、部件制造到焊接技術(shù)攻關(guān)并行展開，任務(wù)十分繁重，協(xié)調(diào)與決策難度前所未有。項目負(fù)責(zé)人、中科院金屬所前所長、鈦合金研究部主任楊銳，寶鈦股份總經(jīng)理賈栓孝、副總經(jīng)理王鼎春，洛陽船舶材料研究所副所長王其紅、廖志謙組成聯(lián)合攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，他們在共同奮斗中鍛造出一個堅強的領(lǐng)導(dǎo)集體，勇于擔(dān)當(dāng)，顧全大局，精密論證，狠抓落實，在團隊遭遇技術(shù)瓶頸、一度嚴(yán)重拖期的迷茫時刻引導(dǎo)大家重溫任務(wù)初心，使團隊每一個成員深悟登頂深海事業(yè)之巔的莊嚴(yán)使命并化作無窮動力，真正做到了“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”專項總體專家組組長丁抗要求的“只有崗位，不分單位”。在困難面前，他們充滿樂觀主義精神和必勝信念，力扛壓力，為團隊攻關(guān)爭取心理空間，創(chuàng)造寬松氛圍。在一次重大技術(shù)障礙分析會上，二十一世紀(jì)議程管理中心海洋處孫清處長說：“創(chuàng)新的道路艱難曲折，面對這樣嚴(yán)峻的形勢，楊銳在會上還能開玩笑，說明太陽照常升起，前景依然光明，我對攻克難關(guān)充滿必勝信心，對載人艙交付充滿期待”。

項目一線協(xié)調(diào)人、中科院金屬所鈦合金研究部副主任雷家峰，在現(xiàn)場協(xié)調(diào)督促，親歷載人艙研制的全過程。他身兼全海深載人潛水器副總設(shè)計師，既要貫徹任務(wù)要求，落實工藝方案，又要聯(lián)絡(luò)總體單位、監(jiān)理單位和專家組，全身心撲在項目任務(wù)上，不放過每一個環(huán)節(jié)，不忽視任何細(xì)節(jié)，曾經(jīng)連續(xù)轉(zhuǎn)戰(zhàn)南北，創(chuàng)造了一個多月不能回家的紀(jì)錄。他性格敦厚，工作耐心細(xì)致，被合作單位譽為“韌性像金屬所發(fā)明的高強高韌鈦合金一樣好”。項目骨干、中科院金屬所馬英杰，面對技術(shù)難題精神抖擻，不分日夜奮戰(zhàn)在科研崗位上，提出了確保韌性的復(fù)合片層微觀組織設(shè)計方案。當(dāng)四家單位測試的沖擊韌性數(shù)據(jù)不一致時，他連續(xù)三天住在實驗室里，加班分析樣品異同，加倍開展性能測試，在最短的時間內(nèi)給出正確結(jié)論，統(tǒng)一測試方法，保證了項目按進度推進。

寶鈦股份技術(shù)協(xié)調(diào)人王永梅，在技術(shù)上嚴(yán)格要求，毫不退讓，堅持拿數(shù)據(jù)說話。對于焊絲的批次差異她犧牲周末與家人團聚時間，加班加點分析，終于追綜到氫含量超標(biāo)這個造成問題的“元兇”，及時加以解決，化解了重大技術(shù)風(fēng)險。由于板材規(guī)格已經(jīng)達到加熱爐和軋機的極限，為確保成功，寶鈦股份自籌經(jīng)費對設(shè)備改造升級，嚴(yán)格檢修，充分體現(xiàn)了老國企的主人翁精神。

在焊接試驗初期項目遭遇重大挫折時，洛陽船舶材料研究所臨危受命，攻關(guān)組成員放棄春節(jié)休息時間，“三班倒”不間斷作業(yè)，新任所長劉艷江迅速了解情況，調(diào)兵遣將，精益求精，不放過一絲一毫問題，全所動員提供支援，以巨大的勇氣和擔(dān)當(dāng)決策拍板，確保后墻不倒。第八研究室主任胡偉民反復(fù)推敲技術(shù)方案，精心組織實施，終于攻克難關(guān)，保質(zhì)保量完成科研任務(wù)。技術(shù)骨干呂逸凡，在預(yù)熱焊需要開展數(shù)輪試驗以獲取必要數(shù)據(jù)、而試驗用料無法及時到位的情況下，勇于創(chuàng)新，提出了試塊鑲嵌的方法，保障了研制進度，同時節(jié)省了大量試驗用料。

中航工業(yè)制造技術(shù)研究院毛智勇副總師帶病堅持工作，為方案按計劃實施作出了卓絕的努力。中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所張海龍、蔣磊大力協(xié)調(diào)，讓壓力測試裝置在整個打壓試驗過程中處于最佳狀態(tài)。他們都為載人艙的研制做出了獨特的貢獻。

帶動產(chǎn)業(yè)提升

全海深載人艙研制極大帶動了我國鈦合金工業(yè)能力提升和裝備制造技術(shù)進步。高強高韌鈦合金鑄錠尺寸、板材幅寬與厚度、鈦合金半球厚度、鍛件截面與單重、鈦合金電子束焊縫厚度等技術(shù)指標(biāo)均打破國內(nèi)原有紀(jì)錄，逼近設(shè)備的極限能力。超大厚度高強鈦合金電子束焊接和熱處理技術(shù)實現(xiàn)了技術(shù)跨越，這些制造能力的轉(zhuǎn)化與推廣將顯著提升我國艦船、海洋工程和石油化工領(lǐng)域的鈦合金應(yīng)用水平。這些新技術(shù)可推廣應(yīng)用于其它鈦合金，促進鈦合金的更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟和社會效益，加快行業(yè)邁向產(chǎn)業(yè)鏈高端的步伐。僅2018-2019年，寶鈦股份有限公司超厚板材、大截面大單重鍛件、耐壓結(jié)構(gòu)裝備等銷售金額超過了1.5億元。

全海深載人艙研制成功充分體現(xiàn)了我國集中力量辦大事的制度優(yōu)勢，譜寫了一曲新時代鈦合金科研生產(chǎn)“國家隊”協(xié)力攻關(guān)、奮發(fā)圖強、勇創(chuàng)無人區(qū)、占領(lǐng)深海技術(shù)制高點的嘹亮凱歌。載人艙研制團隊以勇于登頂?shù)膭?chuàng)新實績展現(xiàn)了新時代奮斗者的美好形象。