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前瞻:“十三五”鋼鐵產(chǎn)品研發(fā)重點在哪里?

2015-12-08 17:00    來源:

  2015年是“十二五”收官之年。而根據(jù)國際鋼協(xié)2020年課題和中國工程院課題預測,中國鋼鐵行業(yè)表觀消費量正是在2015年左右達到頂峰,進入行業(yè)投資負增長的時代。站在2015年末展望未來,進入需求峰值平臺區(qū)的鋼鐵行業(yè),其技術(shù)創(chuàng)新的方向是什么?即將到來的“十三五”,鋼鐵行業(yè)應該把產(chǎn)品研發(fā)重點放在哪里?

  “生態(tài)、低成本、高性能鋼鐵產(chǎn)品開發(fā)是互聯(lián)網(wǎng)時代鋼鐵業(yè)智能化的主體。”11月10日,在由中國冶金報社主辦的2015(首屆)中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈電商高峰論壇上,中國工程院原副院長、中國金屬學會理事長、中國稀土行業(yè)協(xié)會會長干勇在主旨演講中給出了這樣的答案。生態(tài)產(chǎn)品需要滿足在生產(chǎn)和全生命周期的時間尺度上減少社會的資源、能源與環(huán)境的負荷,并且能提高社會能源的生產(chǎn)和使用效率。鋼鐵企業(yè)應該進行這樣的產(chǎn)品開發(fā),從而獲取新的競爭力。

  在此基礎(chǔ)上,結(jié)合“十三五”國家重點專項的內(nèi)容,他指明了鋼鐵行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展的總體任務(wù)方向———綠色化、智能化鋼鐵制造流程及品種技術(shù)集成的研發(fā)與應用,并詳細介紹了相關(guān)產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究及重大關(guān)鍵技術(shù)。

 

國家能源戰(zhàn)略需要先進能源用鋼支撐

  干勇指出,我國在先進能源用鋼的基礎(chǔ)研究和重大關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)取得了進步,“十三五”時期還要繼續(xù)在這方面開展重點研究。

  例如,在火電領(lǐng)域,研發(fā)和建設(shè)先進超超臨界火電機組成為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)減排目標的重要舉措。而且,我國已攻克600℃超超臨界耐熱鋼技術(shù),產(chǎn)品已占領(lǐng)市場;已建成600℃超超臨界電站122.4GW,占世界的80%;已研制出與目前國外先進水平相當?shù)?噸級鎳基耐熱合金鑄鍛件和各種口徑鍋爐管,為700℃超超臨界汽輪機耐熱合金及其10噸~30噸級部件研制奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

  在核電領(lǐng)域,國內(nèi)一重、鋼鐵研究總院、二重、上重等單位已初步掌握AP1000鍛件生產(chǎn)技術(shù),并實現(xiàn)了供貨,但產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性尚待提升。此外,一重和鋼鐵研究總院正在開展CAP1400大鍛件研發(fā)工作。國內(nèi)寶鋼股份+寶銀特種鋼管公司、撫鋼+久立特材等單位圍繞AP1000傳熱管分別開展攻關(guān)。目前寶鋼股份+寶銀特種鋼管公司完成了CPR1000傳熱管試制,已供貨一臺份(防城港核電項目)。我國AP1000機組Inconel690傳熱管的國產(chǎn)化攻關(guān)正處于關(guān)鍵時刻。

  干勇介紹,高/低溫、高壓、復雜介質(zhì)環(huán)境下能源用鋼的失效行為(斷裂、腐蝕、磨損)與機理,能源用鋼的高強韌、長壽命機理與組織精細化調(diào)控,低成本、耐腐蝕雙金屬復合材料全軋制復合機理與調(diào)控,高強高韌鋼低成本合金設(shè)計與全流程組織細化TMCP (熱機械控制工藝)技術(shù),提高耐磨性、耐蝕性與高溫性能穩(wěn)定性的基體組織與析出相控制技術(shù),雙金屬復合材料全軋制復合工藝與裝備關(guān)鍵技術(shù),高品質(zhì)寬厚板和大型鑄鍛件高潔凈、均質(zhì)化制造技術(shù),是“十三五”時期我國先進能源用鋼基礎(chǔ)研究及重大關(guān)鍵技術(shù)。

  具體目標是,管線鋼滿足年輸氣量450億立方米及可在-40℃下安全服役的重大需求;“鋼-鈦”和“鋼-耐蝕合金”復合板界面剪切強度達到200兆帕以上;LNG (液化天然氣)儲罐用鋼合金成本比傳統(tǒng)9%鎳鋼降低20%以上,綜合性能達到9%鎳鋼水平;二氧化碳驅(qū)油氣開采用耐蝕鋼使用壽命延長兩倍;煤機用耐磨鋼耐磨性提高到相同硬度的傳統(tǒng)耐磨鋼的1.5倍以上,機加工與焊接性能不低于傳統(tǒng)耐磨鋼;耐熱合金與核能用鋼滿足700℃火電機組示范工程建設(shè)和新一代核電站應用要求。

 

補齊“工業(yè)強基”短板有賴特殊鋼開發(fā)

  “工業(yè)強基”是我國實現(xiàn)從“制造大國”到“制造強國”跨越式發(fā)展的基礎(chǔ),其中基礎(chǔ)件量大面廣,但我國高端裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)件仍需要從國外進口。以高端模具為例,高端模具用材料僅有國外幾個先進模具鋼企業(yè)能生產(chǎn),國內(nèi)不能生產(chǎn),幾乎全部依賴進口。因此,我國在特殊鋼研發(fā)方面還有很多工作需要做。

  “十三五”特殊鋼基礎(chǔ)研究及重大關(guān)鍵技術(shù)的主要研發(fā)內(nèi)容包括:特殊鋼新型強韌化機制與高可靠長壽命機理,制備及服役過程微觀組織演化,耐高溫、應力、腐蝕等服役環(huán)境適應性的材料設(shè)計技術(shù),特殊鋼高潔凈度冶煉、夾雜物精確控制、均質(zhì)化與組織精細化控制、精確成型與加工等產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定控制技術(shù),低成本制造及簡化流程技術(shù),規(guī)律及其定量化描述,特種軟磁合金性能調(diào)控機理等。

  具體目標是,大幅提高特殊鋼及其制品的性能、質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性,關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量達到進口產(chǎn)品水平,典型特殊鋼品種的國內(nèi)市場自給率達到80%以上,使用壽命在目前基礎(chǔ)上延長50%;高性能超級模具鋼可使用10萬次以上,超高強度鋼及高強度不銹鋼制造成本降低40%。實現(xiàn)高服役安全性耐熱鋼、高可靠性真空脫氣軸承鋼、高效率低損耗及特殊用途電工鋼、取向硅鋼以及特種電機用電磁功能材料的規(guī)?;a(chǎn)和應用。

 

極端環(huán)境用鋼 強壯海工裝備的“心臟”

  開采海洋資源是國家重大戰(zhàn)略,我國海洋油氣資源豐富,但油氣資源對外依存度超過50%。這主要是因為我國90%以上的海洋油氣資源儲藏于500米以上深水水域,深海裝備是開發(fā)這些資源的重要支撐;而我國海工裝備的“心臟”———水下鉆、采、集、輸系統(tǒng)關(guān)鍵部件全部依賴進口。對此,干勇表示,我國亟須開發(fā)高強度、大規(guī)格、易焊接的船舶與海洋工程用鋼。

  就海工特種合金而言,國外研發(fā)歷史悠久,材料形成系列,更新?lián)Q代頻率高。而國內(nèi)卻呈現(xiàn)高端空白、低端不能用的特征。其表現(xiàn)為:先進材料品種空白,如7Mo超級不銹鋼、耐蝕合金等;特種合金制造關(guān)鍵共性技術(shù)缺乏,如超純冶煉、無缺陷連鑄、無裂紋熱加工等技術(shù);現(xiàn)有產(chǎn)品等級低、質(zhì)量差、壽命短,使用不安全;鈦資源豐富,但海洋用鈦尚在起步階段。

  因此,“十三五”期間,我國深海油氣開發(fā)用鋼技術(shù)主要研發(fā)內(nèi)容包括:大尺度、極寒環(huán)境用低溫鋼強韌化機理,海洋用鋼低成本、高耐蝕設(shè)計原理,不同海洋服役環(huán)境下海洋用鋼腐蝕機理與影響規(guī)律,可大線能量易焊接鋼成分設(shè)計、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)裝備關(guān)鍵技術(shù),船舶及海工用鋼產(chǎn)品差異化評價技術(shù),高耐蝕海工特種部件粉末冶金工藝技術(shù),超低溫用鋼成分、工藝、應用評價及建造關(guān)鍵技術(shù)。

  干勇明確,“十三五”期間,應顯著提升我國船舶及海工用鋼的研發(fā)及應用水平,典型材料的性能分別達到最大強度785兆帕級,最大規(guī)格180毫米以上,最大焊接熱輸入200焦耳/厘米,最大壽命延長50%以上,實現(xiàn)焊材、型材配套,示范應用總量達到千噸以上,實現(xiàn)相關(guān)高端品種的自給率(按牌號計算)從目前不足40%提高到70%以上。此外,還要完善應用評價體系建設(shè),逐步建立產(chǎn)品評級體系和海工用鋼專用規(guī)范體系。

 

開發(fā)高性能交通與建筑用鋼滿足品質(zhì)需求

  隨著人們生活水平的提高,對高性能交通與建筑用鋼的需求也日益增長。以第三代汽車用鋼板為例,其應用可在原減重23%的基礎(chǔ)上,繼續(xù)減重10%~20%,整車減重3%~6%,燃耗可降低4%。在世界先進發(fā)動機研制和生產(chǎn)中,高溫合金材料用量已占到發(fā)動機總量的40%~60%。而這些應用部位都關(guān)乎發(fā)動機的可靠性和安全性,對材料綜合性能水平和相關(guān)基礎(chǔ)工業(yè)水平要求甚高。

  為了滿足這些新需求,我國需要在高性能交通與建筑用鋼方面加大基礎(chǔ)研究及重大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),其主要內(nèi)容包括:高性能交通用鋼多相與動態(tài)相變強韌化機理、抗沖擊、耐腐蝕、耐疲勞設(shè)計原理、成形回彈、延遲開裂機理,建筑用鋼的耐海洋大氣腐蝕、抗震、耐火機理,第三代先進汽車用鋼的多相組織設(shè)計與調(diào)控、生產(chǎn)工藝與裝備及制造關(guān)鍵技術(shù),高強度鋼成形關(guān)鍵工藝與控制技術(shù),第三代汽車用鋼應用及輕量化評價技術(shù),高速重載鐵路用鋼的窄成分冶煉、超低氧控制技術(shù)、高耐磨抗沖擊重軌組織調(diào)控技術(shù),建筑用鋼組織穩(wěn)定性控制技術(shù)、低屈強比控制技術(shù)、表面預處理技術(shù)。

  具體目標是:大幅度、大規(guī)模地推動車身輕量化和節(jié)能減排,實現(xiàn)1000兆帕~1500兆帕的高強塑積第三代汽車用鋼的制備與應用,整車減重8%~20%以上;實現(xiàn)時速300千米以上高鐵用材基本國產(chǎn)化,重載鋼軌滿足5億噸運量或50年使用壽命要求;高耐蝕貨車車體用鋼滿足25 年服役壽命要求;典型建筑及橋梁用鋼使用壽命可延長到50年~100年,且滿足耐火、耐候、耐蝕等功能復合化要求。

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