“鋼鐵企業(yè)是材料制造企業(yè)，如何制造出更好的材料是我們追求的目標之一。”6月25日，在中國（黃石）特鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會上，國家“973”計劃首席科學家，上海大學材料科學與工程學院院長、教授董瀚表示，綠色化、智能化和新產(chǎn)品都應該是鋼鐵工業(yè)的發(fā)展熱點。
圖為董瀚
龐大的鋼鐵需求迫切需要新型鋼鐵材料來匹配
作為第二大量的結(jié)構(gòu)材料和最大量的功能材料，鋼鐵材料的高性能化對構(gòu)件和零件的高效化和長壽命影響非常大，可以促進運動機械的輕量化與節(jié)能減排、建筑設(shè)施的材料應用減量化和長壽命、能源生產(chǎn)裝備的能源轉(zhuǎn)換高效率與節(jié)能減排等。“鋼鐵材料的高性能始終是發(fā)展主題，是綠色化的重要途徑。”董瀚表示。特別是人類進入工業(yè)化之后的幾百年間，鋼鐵材料的高性能化發(fā)展促進了許多新型鋼鐵材料的出現(xiàn)。“21世紀的中國鋼鐵產(chǎn)量也已多年達到世界一半，歷史賦予了我們創(chuàng)新任務(wù)，我們應該創(chuàng)新打造什么樣的鋼鐵材料呢？”董瀚說，龐大的鋼鐵生產(chǎn)與需求，迫切需要鋼鐵企業(yè)研發(fā)出新型高性能的鋼鐵材料，具有更高強度、高韌塑性、抗疲勞、耐高溫、抗低溫、耐腐蝕、耐磨損等特性。與今天鋼鐵行業(yè)熱門的綠色化和智能化一樣，鋼鐵材料的高性能化同樣是鋼鐵企業(yè)需要特別關(guān)注的問題。
董瀚表示，過去，我國更多的是采用國外的鋼號體系，盡管有一些創(chuàng)新和應用，但是與我國作為鋼鐵大國的地位不匹配，特別是在量大面廣的鋼鐵材料方面。“我國普碳鋼占比為70%，是量大面廣的鋼鐵材料，能不能找到成本低的改善耐蝕性的方法呢？”董瀚表示，我國高豐度鑭鈰稀土是很好的合金化元素，鋼中的微量鑭鈰多形合金化，可以促進普碳鋼的耐蝕性達到傳統(tǒng)耐蝕鋼的水平。這是符合我國資源合理利用的綠色鋼鐵材料技術(shù)。
基礎(chǔ)研究是材料、工藝和裝備創(chuàng)新的基礎(chǔ)
近年來，我國特鋼發(fā)展迅速，有力地支撐了經(jīng)濟、國防和社會的發(fā)展，但當前“卡脖子”問題涉及特鋼的裝備比較多，如高端軸承、高鐵輪對、風電軸承、客機起落架、乘用車發(fā)動機緊固件等。“我們需要仔細分析，哪些是由于產(chǎn)品體系認證導致的特鋼應用障礙？哪些是特鋼企業(yè)還不能夠生產(chǎn)的材料？”董瀚說，西方國家材料生產(chǎn)與裝備制造是相互關(guān)聯(lián)匹配逐漸發(fā)展起來的，形成了一套完善的體系；而我國的發(fā)展是跨越式的，國產(chǎn)特鋼產(chǎn)品擬進入一些裝備制造領(lǐng)域，也需要匹配一定的體系準入。此外，應與上下游產(chǎn)業(yè)鏈緊密合作，開展新材料的生產(chǎn)與應用的體系創(chuàng)新工作。
董瀚進一步表示，新材料的創(chuàng)新不是一蹴而就的，除了上述各種基礎(chǔ)條件外，基礎(chǔ)研究一定要進行。基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新的源頭，是材料、工藝和裝備創(chuàng)新的基礎(chǔ)。要形成鼓勵和支持基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新實踐的氛圍，逐漸改變跟隨創(chuàng)新的做法。
舉例來說，冷拔珠光體鋼絲可應用在橋梁鋼絞線、汽車子午線輪胎等方面，工業(yè)產(chǎn)品的強度分別達到2200兆帕級和4000兆帕級，實驗室強度可接近6000兆帕。探索鋼的強化極限，可能會形成新型超高強度鋼，應用在航空、航天、艦船、兵器、機械等領(lǐng)域。過去汽車鋼板的強度一般不超過1000兆帕，現(xiàn)在普遍應用了1500兆帕級的熱成形鋼，甚至達到了2000兆帕級。
再如，美國、日本、德國等機構(gòu)開展超高純鐵的性能聯(lián)合檢測工作，結(jié)果表明6N級純鐵的屈服強度可以低至40兆帕，我國制備的4N級純鐵的屈服強度低至60兆帕，均明顯低于教科書中通過理論推導出的純鐵的強度。除了強度之外，純度提高后，純鐵的電磁性能、耐腐蝕性能等也表現(xiàn)出一定的變化。因此，作為原料的純鐵和作為材料的純鐵的確還有很大的發(fā)展空間。
此外，非調(diào)質(zhì)鋼可以幫助零部件制造企業(yè)減免熱處理，節(jié)約熱處理能耗，降低污染可能性，提高產(chǎn)品合格率；棒線材在線退火技術(shù)可以應用在中高碳特鋼產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，減免離線熱處理；抗疲勞破壞的超高強度彈簧鋼應用于汽車少片簧，可以實現(xiàn)輕量化；等等。它們都是最好的綠色化高性能鋼鐵材料。
“未來的材料生產(chǎn)與零部件制造的全產(chǎn)業(yè)鏈綠色化發(fā)展，為各特鋼產(chǎn)品、工藝、裝備創(chuàng)新提供了前所未有的機遇。”董瀚說。
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