鋼鐵是目前全球應(yīng)用范圍最廣的金屬材料,高�、特種鋼材則是鋼鐵材料中的明�。在�(dāng)今各�(guó)鋼鐵工業(yè)的競(jìng)�(zhēng)�,已不僅僅是總產(chǎn)量的�(jìng)�(zhēng),還有產(chǎn)品結(jié)�(gòu),尤其是高端特種鋼材的生�(chǎn)水平和能力的角�。而在這方�,恰恰是我國(guó)亟待�(bǔ)齊的一塊短板。在我國(guó),飛�(jī)起落架、高速列車車�、軸承等抗疲勞高�(qiáng)鋼,核電站用耐高�、抗輻射的不銹耐熱鋼管等特種鋼�,都曾長(zhǎng)期依賴�(jìn)�。幾年前,我�(guó)圓珠筆筆頭都要依賴�(jìn)口的�(xiàn)�(shí),至今讓許多人記憶猶��
�(jīng)過多年的艱苦奮斗�1996年我�(guó)粗鋼年產(chǎn)量歷史性地突破1億噸,躍居世界第一。之�20多年,一直雄踞全球首�。然而,作為鋼鐵生產(chǎn)大國(guó),我們卻遇到了低端供給過剩和高端供給不足的雙重尷尬與困擾。尤其是2008年國(guó)際金融危�(jī)之后,全球鋼鐵長(zhǎng)期處于產(chǎn)能過剩狀�(tài),給我們帶來巨大壓�。如今,�(jīng)�(jì)向高�(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)�,去�(chǎn)能,鋼鐵首當(dāng)其沖,仿佛一夜之間鋼鐵成了落后材料的代名�。作為昔日的材料霸主之一,鋼鐵究竟還有沒有發(fā)展的空間和潛�?在�(chǎn)能過剩、生�(tài)�(huán)境壓力不斷加大的今天,中�(guó)鋼鐵�(chǎn)�(yè)的綠色轉(zhuǎn)型之路究竟在何方?要�(shí)�(xiàn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)以結(jié)�(gòu)�(yōu)化和�(zhì)量升�(jí)為標(biāo)志的再次騰飛,必須以科技�(chuàng)新為抓手,全力推�(jìn)中高端鋼鐵材料的研發(fā),打造我�(guó)自己的“超�(jí)鋼��
好鋼是如何煉成的
2018�,我�(guó)的鋼�(chǎn)量就�(dá)到了9億噸。中�(guó)的鋼�(chǎn)量,比世界上其他�(guó)家鋼�(chǎn)量的總和還要�,高�、汽車、建�、橋�,這些大國(guó)重器都少不了鋼鐵的“身影�。中�(guó)可以生產(chǎn)幾乎所有品�、規(guī)格的鋼材,到2006年成為鋼鐵凈出口�(guó)。這�(gè)�(fā)展過程,給我�(guó)的經(jīng)�(jì)建設(shè)、國(guó)防事�(yè)和人民生活提高都帶來了非常重大的影響�
鋼鐵是怎樣煉成�?首先要有鐵礦石和煤,然后把鐵礦石和煤通過焦化和燒�(jié)的環(huán)節(jié),變成燒�(jié)礦和焦炭,然后在高爐里邊�(jìn)行化�(xué)反應(yīng),變成鐵�;鐵水出來以�,經(jīng)過轉(zhuǎn)爐的冶煉、吹�、去碳、降�,使碳達(dá)到一定的程度,然后經(jīng)過精�,把成分�(jìn)行調(diào)�,變成鋼水;鋼水又經(jīng)過連鑄以后變成鋼坯,鋼坯經(jīng)過熱軋變成熱軋產(chǎn)�;熱軋產(chǎn)品再�(jīng)過冷�,變成冷軋產(chǎn)品。這時(shí)候就得到了各種各樣的鋼材,比如型�、板�、管材等�。在這�(gè)過程�,要抓住一些鋼鐵重要性能來�(jìn)行調(diào)�,通過加工過程來提高鋼材的性能,這就是控軋控冷技�(shù)�
鋼材的控軋控冷技�(shù),是指在軋制過程中通過控制加熱溫度、軋制過�、冷卻條件等工藝參數(shù),改善鋼材的�(qiáng)�、韌�、焊接性能。而鋼鐵軋制就是通過施加一定的壓力,使鋼錠、鋼坯在旋轉(zhuǎn)的軋輥間改變形狀和性能。在鋼鐵生產(chǎn)技�(shù)�,軋制控制是使粗鋼變成高精度、高性能、高效益鋼鐵�(chǎn)品的一�(gè)�(guān)鍵工��
我國(guó)鋼鐵軋制技�(shù)的研�(fā)和攻�(guān),主要通過軋制與冷卻過程來控制、改善鋼材的性能。改變各種各樣的軋制條件,就�(huì)改變鋼的性能。如果能夠把軋制條件控制�,就�(huì)得到性能�(yōu)異的材料。世紀(jì)之交新一代鋼鐵材料的研究�,超�(jí)鋼的�(fā)展也是采用了控軋控冷技�(shù)。國(guó)外在�(fā)展過程中,發(fā)�(xiàn)原來的控軋控冷系�(tǒng)有點(diǎn)問題。這種冷卻模式上的研究,如果和金屬指標(biāo)、金屬內(nèi)部材料的變化�(jié)合在一起,可以給調(diào)整材料性能提供一�(gè)好手�。所以,�(guó)際上又開始研究超快速冷卻�
鋼鐵材料研發(fā)的未�
自從工業(yè)革命爆發(fā)�,鋼鐵生�(chǎn)從作坊生�(chǎn)�(jìn)入工�(yè)化大生產(chǎn),在此后很長(zhǎng)一段時(shí)�,鋼鐵工�(yè)需要大量勞�(dòng)�,高耗能、高污染讓鋼鐵企�(yè)在人們心中漸漸蒙上了一層灰暗的色彩。二�(zhàn)以后,科�(xué)技�(shù)的發(fā)展不斷給傳統(tǒng)的鋼鐵工�(yè)賦能,如今以智能化為代表的第四次工業(yè)革命,更是給人們帶來了無限遐想。在材料突破��2018年,我所在的東北大學(xué)軋制技�(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重�(diǎn)�(shí)�(yàn)�,在�(guó)際上率先研發(fā)�2000MPa�(jí)汽車用熱沖壓用高�(qiáng)�;在液化天然氣低溫容器用鋼上,世界上普遍采用的材料是9Ni(鎳)鋼,在保證鋼材性能的前提下,實(shí)�(yàn)室與企業(yè)合作,用5Ni鋼做出了9Ni鋼的性能,大幅節(jié)約了成本。在生產(chǎn)工藝�,研�(fā)出薄帶連鑄、無頭軋制等新流程、新工藝,正在向企業(yè)�(zhuǎn)化,可應(yīng)用于多�(gè)重要鋼種的生�(chǎn)�
日本新日鐵等諸多�(guó)際先�(jìn)鋼鐵企業(yè)都把生產(chǎn)自動(dòng)�、降低能�、提高人均產(chǎn)鋼量和生�(chǎn)高附加值的“超�(jí)鋼”作為未來的�(fā)展方�,而這同樣是我國(guó)鋼鐵工業(yè)走向高質(zhì)量發(fā)展的必由之路�
中國(guó)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展有四�(gè)目標(biāo):工藝綠色化、裝備智能化、產(chǎn)品高�(zhì)�、供給服�(wù)�。這四�(gè)方面分別是工藝、裝�、產(chǎn)品� 供給,其中工藝是龍頭�
工藝綠色化就是減少排放和污染,環(huán)境友�,這是一�(gè)方面;另一�(gè)方面就是節(jié)省資源和能源,以最低的消耗生�(chǎn)高質(zhì)量的�(chǎn)品。比如說減少排放和污�,現(xiàn)在鋼鐵工�(yè)在這方面還有很多問�,但是整�(gè)行業(yè)確實(shí)作出了巨大努�,而且收到了很好的效果。鋼鐵生�(chǎn)用水量是很大的,�(xiàn)在中�(guó)有的鋼鐵企業(yè)可以做到生產(chǎn)不需要用新水,就把城市的廢水和鋼廠里的廢水加在一塊兒處理以后,再循環(huán)使用,在不增加一滴新水的情況�,生�(chǎn)1000多萬噸鋼,得到了世界鋼鐵�(xié)�(huì)的可持續(xù)�(fā)展獎(jiǎng)。生�(chǎn)過程必須是節(jié)省資源和能源�,才能夠降低生產(chǎn)成本�
裝備智能�。裝備智能化�(xiàn)在是一�(gè)熱門話題,就是要通過智能化建�(shè),讓裝備能自己運(yùn)行得越來越好。鋼鐵工�(yè)是流程工�(yè),它的控制系�(tǒng)是非常復(fù)雜的,涉及多�(xué)科的�(jié)合和交叉,需要煉鐵、煉�、連鑄、軋制專家和信息專家、自�(dòng)控制專家一起參與。另外行�(yè)上也要協(xié)�(diào)�(xié)�,鋼鐵行�(yè)和信息行�(yè)以及傳感器領(lǐng)域得�(jié)合起�。我們的�(shí)�(yàn)室在智能化方面也做了一些工�,已�(jīng)申請(qǐng)到國(guó)家“十三五”規(guī)劃的重大�(xiàng)�,和企業(yè)一起配合完��
�(chǎn)品高�(zhì)�。產(chǎn)品的高質(zhì)化包括兩方面:一是現(xiàn)有產(chǎn)品要通過�(zhuǎn)型升�(jí)、提�(zhì)增效,做到世界第一;二是領(lǐng)跑�、前沿性的技�(shù)要做到世界唯一。做材料研究需要三種能力,第一種是表征和評(píng)�(jià),第二種是合成與加工,第三種是計(jì)算和建模。國(guó)�(nèi)�(xiàn)在相�(duì)來說最薄弱的就是計(jì)算和建模,我們將來要抓住�(jì)算和建模這�(gè)前沿�
供給服務(wù)�。有些企�(yè)在智能制造方面是非常活躍�,在供給�(cè)�(jié)�(gòu)性改革方面確�(shí)做得不錯(cuò)。科研中有這樣不好的傾�,那就是不從�(shí)踐中尋找問題,而是從國(guó)外文�(xiàn)中找。這不是不可以,但這都已經(jīng)是二手的問題。這些已經(jīng)被研究的問題,是否符合我們的需求,是不是我們具體能碰到的問題呢?無論做哪�(gè)方面的研究,都離不開�(shí)�,離不開與企�(yè)的合作。我們的科學(xué)研究要面向世界科技前沿、面向經(jīng)�(jì)主戰(zhàn)�(chǎng)、面向國(guó)家重大需�、面向人民生命健�,就一定要深入到企�(yè)和實(shí)踐中,否則就是無源之�、無本之�。從企業(yè)一線發(fā)�(xiàn)問題,再篩選出關(guān)鍵共性問題,上升到理論研�,然后和企業(yè)�(jié)合轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)�(shí)踐中,科研成果必然會(huì)為企�(yè)歡迎,轉(zhuǎn)化自然不是問�。供給側(cè)和用戶需求側(cè)這種緊密的結(jié)合,甚至是融�,融為一體,為技�(shù)提高帶來巨大的活�,使技�(shù)�(jìn)步有更大提高�
鋼鐵工業(yè)已經(jīng)�200多年歷史�,到今天來說不是夕陽工業(yè),還正在朝陽。只要持�(xù)�(chuàng)�,鋼鐵工�(yè)永遠(yuǎn)是朝陽工�(yè),因?yàn)樯鐣?huì)在發(fā)�,需求在不斷被提出來,鋼鐵的潛力通過新的技�(shù)開發(fā)�(huì)不斷地提�。創(chuàng)新任重道�(yuǎn),歷史的重任落在中國(guó)人的身上,我們責(zé)無旁�?,F(xiàn)在中�(guó)占全世界二分之一以上的鋼鐵產(chǎn)量,中國(guó)人要把這件事做�,勇于擔(dān)�(dāng)、敢于挑�(zhàn)、善于創(chuàng)�,在世界鋼鐵工業(yè)歷史上留下中�(guó)人的印記�












