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發(fā)布時(shí)間：2013-03-20
“十二五”期間，包括海洋工程、能源裝備制造、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)在內(nèi)的我國各主要用鋼行業(yè)都將轉(zhuǎn)型升級作為自身發(fā)展的重點(diǎn)，在這個(gè)過程中，對鋼材性能質(zhì)量的要求也在隨之提高。雖然我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)能夠基本上滿足各用鋼行業(yè)發(fā)展的要求，但一些關(guān)鍵鋼材品種仍不能自給，這已經(jīng)成為我國相關(guān)用鋼行業(yè)（尤其是高端裝備制造業(yè)）升級的“瓶頸”。了解用鋼行業(yè)對高端、特殊鋼材的新需求，并加以滿足，已經(jīng)成為我國鋼鐵企業(yè)亟需面對的問題。
在這里，筆者選取了幾個(gè)有代表性的行業(yè)，分析其升級所帶來的鋼材新需求。
海洋工程用鋼：耐腐蝕高強(qiáng)度
目前，我國海洋重大工程和裝備的關(guān)鍵技術(shù)長期、大量依賴進(jìn)口，特別是在深海領(lǐng)域尤其如此?？傮w來看，耐腐蝕、高強(qiáng)度、有良好的焊接性能是海洋工程對所用鋼材的共性要求。
海洋平臺用鋼。目前我國海洋平臺用鋼強(qiáng)度不高、規(guī)格不全、耐腐蝕性能較差，這極大地限制了我國自主開采海洋資源的能力。國外的0X812、SE702或DSE690V等高強(qiáng)度海洋平臺用鋼已經(jīng)能夠滿足30mm~100mm板厚固定平臺結(jié)構(gòu)的要求，屈服強(qiáng)度可達(dá)到690MPa、750MPa、700MPa，低溫沖擊功分別為100J(-80℃)、120J(-40℃)和74J(-60℃)，碳當(dāng)量比較低。
海底管線鋼。海底油氣管道與陸上油氣管道一樣，正在向長距離、大口徑、高壓力和大流量方向發(fā)展，用鋼需求向高等級(X65以上)、厚規(guī)格(19.1mm~31.8mm)、良好的焊接性和低溫韌性、HIC等方面發(fā)展；與陸上油氣管道不同的是，海底油氣管道不僅要求鋼管的橫向強(qiáng)度，還要求鋼管的縱向強(qiáng)度。此外海洋工程用鋼的服役環(huán)境要求必須采用超低碳、超低硫、低錳、低磷的方法以減少元素偏析，同時(shí)通過控制鈣硫比來減少長條狀硫化錳的產(chǎn)生，降低氫氣形核，減少氫致裂紋。總之，海底管線鋼要求集超厚度、高強(qiáng)度、抗層狀撕裂、耐酸性介質(zhì)和耐腐蝕等特點(diǎn)于一體。
艦船用鋼。艦船用鋼在服役期間要承受復(fù)雜的動態(tài)載荷，在船舶的建造和組裝過程中，結(jié)構(gòu)件會產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，艦艇的無限航區(qū)的航行要承受所在位置和溫度的考驗(yàn)，為了使船舶能在惡劣環(huán)境下持續(xù)航行，同時(shí)，為減輕船體自重，增加船舶的載重量、提高船速，要求船板鋼具有高強(qiáng)度、高精度、良好的低溫沖擊韌性以及焊接性能等，而這些需要冶煉成分、純凈度和軋制工藝來保證。國際上的趨勢是開發(fā)大規(guī)格的高強(qiáng)度、高韌性和高塑性產(chǎn)品，開發(fā)可抑制船舶涂膜劣化的新型鋼板，開發(fā)無須涂裝耐蝕厚板。目前，新日鐵開發(fā)的無須涂裝耐蝕厚板NSGP-1已用在日本郵船會社(NYK)正在建造的超大型油輪上。
近海設(shè)施用鋼。國際上近海設(shè)施用鋼的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為：發(fā)展免涂裝耐海洋大氣腐蝕鋼，發(fā)展高強(qiáng)度橋梁結(jié)構(gòu)鋼，發(fā)展功能性橋梁結(jié)構(gòu)鋼。盡管我國在耐候橋梁鋼方面做了一些研究工作，但由于選用耐候橋梁鋼構(gòu)架將使得橋梁制造的成本高于選用同等級普通橋梁鋼，我國耐候橋梁鋼的應(yīng)用并不廣泛。此外，相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未建立或健全，也在影響著設(shè)計(jì)者對耐候橋梁鋼選用的積極性。
能源用鋼：大口徑、高壓力
今年初，國務(wù)院發(fā)布《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》。包括核電裝備、超超臨界火電機(jī)組、大型油氣開采和長輸管線裝備等在內(nèi)的多項(xiàng)裝備成為“十二五”時(shí)期能源裝備發(fā)展的重點(diǎn)。高端能源裝備的制造離不開特殊鋼、高強(qiáng)鋼等優(yōu)質(zhì)鋼鐵材料的支撐。
輸運(yùn)管線鋼?，F(xiàn)代油氣管道正朝著大口徑、高壓力的趨勢發(fā)展，其服役條件也日益苛刻。如，管輸天然氣中H2S含量超過規(guī)定值并含有水分時(shí)，易引起HIC（抗氫致開裂）或SSCC（硫化物應(yīng)力腐蝕破裂）。另外，油氣長輸管道往往要穿過地震斷裂帶、凍土帶或遭遇各種潛在的地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、崩塌、泥石流、濕陷性黃土、沖溝等）。為了進(jìn)一步提高輸送能力，就要開發(fā)高強(qiáng)韌性、耐低溫、耐腐蝕、長壽命油氣輸運(yùn)管線用鋼材。
核電用鋼。根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005年~2020年)》，到2020年，我國核電裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬千瓦，在建約3000萬千瓦。我國是世界上第一個(gè)正式建造第三代商業(yè)核電站的國家，第三代核電技術(shù)在安全性方面進(jìn)行了革命性的改進(jìn)，同時(shí)也對材料特別是對主管道、主泵、反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等核島內(nèi)核一級關(guān)鍵部件所需的特殊性能鋼材提出了更高的要求。
火電用鋼。在國家節(jié)能降耗減排政策的導(dǎo)向下，發(fā)展高效清潔的大型超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組是我國火電發(fā)展的必然選擇?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006年~2020年）》中，將研究開發(fā)高參數(shù)超超臨界機(jī)組高效發(fā)電技術(shù)與裝備，列為優(yōu)先發(fā)展主題中的重點(diǎn)。雖然我國對超超臨界機(jī)組的研發(fā)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但尚未掌握超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)，關(guān)鍵零部件和原材料仍依靠進(jìn)口。我國要實(shí)現(xiàn)高效能超超臨界機(jī)組設(shè)備設(shè)計(jì)制造的自主化，重點(diǎn)要對鍋爐過熱器和再熱器的高溫耐蝕合金進(jìn)行研發(fā)。
交通運(yùn)輸用鋼：高強(qiáng)度、高韌度、高精度
鋼材是交通運(yùn)輸?shù)闹饕完P(guān)鍵材料，鋼材部件占(按重量計(jì))汽車材料的70%、船舶材料的90%、鐵道車輛的90%、飛機(jī)材料的10%。安全、舒適、快捷、節(jié)能是交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向，這也需要鋼材具有高強(qiáng)度、高韌度、高精度、良好的加工性能等。
汽車用鋼。進(jìn)入21世紀(jì)以來，新能源汽車的發(fā)展，對減量化的需求更為迫切，對汽車用高強(qiáng)鋼的性能也提出了更高要求。汽車用高強(qiáng)鋼已經(jīng)從傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼發(fā)展為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。這種先進(jìn)高強(qiáng)鋼的使用將進(jìn)一步減輕車身重量，對傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼而言，鋼的強(qiáng)度和塑性一般是矛盾的，鋼強(qiáng)度的提高常常伴隨著塑性的下降。傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼的另一局限是其強(qiáng)度很難突破600MPa。汽車用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的技術(shù)方案是在生產(chǎn)過程中對鋼板的組織演變進(jìn)行控制，最終獲得理想的微觀組織匹配，從而同時(shí)保證材料的高強(qiáng)度和高塑性。目前出現(xiàn)的第三代汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS），越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。另外，馬氏體鋼作為唯一已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，近年來由于熱沖壓技術(shù)的進(jìn)步，重新引起重視，在品種開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)兩方面均產(chǎn)生了新的發(fā)展。
高鐵用鋼。隨著鐵路客車運(yùn)行速度的不斷提高，性能良好的高速客車軸承將得到大量應(yīng)用。由于受設(shè)計(jì)開發(fā)能力和制造水平等諸多因素的限制，目前國內(nèi)生產(chǎn)的NJ(P)3226X1型客車軸承僅適用于運(yùn)行速度160km/h以下的車輛，嚴(yán)重制約了國內(nèi)高速鐵路客車產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。為適應(yīng)鐵路客車大面積提速的需要，我國鋼企亟需對時(shí)速200km/h~250km/h的高速鐵路客車軸承開展專項(xiàng)研究。
高鐵用彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，希望得到更高的力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)等。為此，彈簧鋼材必須有極佳的冶金質(zhì)量、良好的純凈度、均勻度和穩(wěn)定性以及優(yōu)良的表面質(zhì)量和優(yōu)良的力學(xué)性能。預(yù)計(jì)今后幾年，國家將投入20多億元對現(xiàn)有的鐵路車輛進(jìn)行更新改造，彈簧鋼需求量在5萬噸以上。并且要求彈簧在尺寸規(guī)格不變的情況下，設(shè)計(jì)應(yīng)力能達(dá)到1100MPa，疲勞壽命要由原來的100萬次提高到200萬次甚至300萬次以上。
在這里，筆者選取了幾個(gè)有代表性的行業(yè)，分析其升級所帶來的鋼材新需求。
海洋工程用鋼：耐腐蝕高強(qiáng)度
目前，我國海洋重大工程和裝備的關(guān)鍵技術(shù)長期、大量依賴進(jìn)口，特別是在深海領(lǐng)域尤其如此?？傮w來看，耐腐蝕、高強(qiáng)度、有良好的焊接性能是海洋工程對所用鋼材的共性要求。
海洋平臺用鋼。目前我國海洋平臺用鋼強(qiáng)度不高、規(guī)格不全、耐腐蝕性能較差，這極大地限制了我國自主開采海洋資源的能力。國外的0X812、SE702或DSE690V等高強(qiáng)度海洋平臺用鋼已經(jīng)能夠滿足30mm~100mm板厚固定平臺結(jié)構(gòu)的要求，屈服強(qiáng)度可達(dá)到690MPa、750MPa、700MPa，低溫沖擊功分別為100J(-80℃)、120J(-40℃)和74J(-60℃)，碳當(dāng)量比較低。
海底管線鋼。海底油氣管道與陸上油氣管道一樣，正在向長距離、大口徑、高壓力和大流量方向發(fā)展，用鋼需求向高等級(X65以上)、厚規(guī)格(19.1mm~31.8mm)、良好的焊接性和低溫韌性、HIC等方面發(fā)展；與陸上油氣管道不同的是，海底油氣管道不僅要求鋼管的橫向強(qiáng)度，還要求鋼管的縱向強(qiáng)度。此外海洋工程用鋼的服役環(huán)境要求必須采用超低碳、超低硫、低錳、低磷的方法以減少元素偏析，同時(shí)通過控制鈣硫比來減少長條狀硫化錳的產(chǎn)生，降低氫氣形核，減少氫致裂紋。總之，海底管線鋼要求集超厚度、高強(qiáng)度、抗層狀撕裂、耐酸性介質(zhì)和耐腐蝕等特點(diǎn)于一體。
艦船用鋼。艦船用鋼在服役期間要承受復(fù)雜的動態(tài)載荷，在船舶的建造和組裝過程中，結(jié)構(gòu)件會產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，艦艇的無限航區(qū)的航行要承受所在位置和溫度的考驗(yàn)，為了使船舶能在惡劣環(huán)境下持續(xù)航行，同時(shí)，為減輕船體自重，增加船舶的載重量、提高船速，要求船板鋼具有高強(qiáng)度、高精度、良好的低溫沖擊韌性以及焊接性能等，而這些需要冶煉成分、純凈度和軋制工藝來保證。國際上的趨勢是開發(fā)大規(guī)格的高強(qiáng)度、高韌性和高塑性產(chǎn)品，開發(fā)可抑制船舶涂膜劣化的新型鋼板，開發(fā)無須涂裝耐蝕厚板。目前，新日鐵開發(fā)的無須涂裝耐蝕厚板NSGP-1已用在日本郵船會社(NYK)正在建造的超大型油輪上。
近海設(shè)施用鋼。國際上近海設(shè)施用鋼的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為：發(fā)展免涂裝耐海洋大氣腐蝕鋼，發(fā)展高強(qiáng)度橋梁結(jié)構(gòu)鋼，發(fā)展功能性橋梁結(jié)構(gòu)鋼。盡管我國在耐候橋梁鋼方面做了一些研究工作，但由于選用耐候橋梁鋼構(gòu)架將使得橋梁制造的成本高于選用同等級普通橋梁鋼，我國耐候橋梁鋼的應(yīng)用并不廣泛。此外，相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未建立或健全，也在影響著設(shè)計(jì)者對耐候橋梁鋼選用的積極性。
能源用鋼：大口徑、高壓力
今年初，國務(wù)院發(fā)布《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》。包括核電裝備、超超臨界火電機(jī)組、大型油氣開采和長輸管線裝備等在內(nèi)的多項(xiàng)裝備成為“十二五”時(shí)期能源裝備發(fā)展的重點(diǎn)。高端能源裝備的制造離不開特殊鋼、高強(qiáng)鋼等優(yōu)質(zhì)鋼鐵材料的支撐。
輸運(yùn)管線鋼?，F(xiàn)代油氣管道正朝著大口徑、高壓力的趨勢發(fā)展，其服役條件也日益苛刻。如，管輸天然氣中H2S含量超過規(guī)定值并含有水分時(shí)，易引起HIC（抗氫致開裂）或SSCC（硫化物應(yīng)力腐蝕破裂）。另外，油氣長輸管道往往要穿過地震斷裂帶、凍土帶或遭遇各種潛在的地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、崩塌、泥石流、濕陷性黃土、沖溝等）。為了進(jìn)一步提高輸送能力，就要開發(fā)高強(qiáng)韌性、耐低溫、耐腐蝕、長壽命油氣輸運(yùn)管線用鋼材。
核電用鋼。根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005年~2020年)》，到2020年，我國核電裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬千瓦，在建約3000萬千瓦。我國是世界上第一個(gè)正式建造第三代商業(yè)核電站的國家，第三代核電技術(shù)在安全性方面進(jìn)行了革命性的改進(jìn)，同時(shí)也對材料特別是對主管道、主泵、反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等核島內(nèi)核一級關(guān)鍵部件所需的特殊性能鋼材提出了更高的要求。
火電用鋼。在國家節(jié)能降耗減排政策的導(dǎo)向下，發(fā)展高效清潔的大型超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組是我國火電發(fā)展的必然選擇?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006年~2020年）》中，將研究開發(fā)高參數(shù)超超臨界機(jī)組高效發(fā)電技術(shù)與裝備，列為優(yōu)先發(fā)展主題中的重點(diǎn)。雖然我國對超超臨界機(jī)組的研發(fā)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但尚未掌握超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)，關(guān)鍵零部件和原材料仍依靠進(jìn)口。我國要實(shí)現(xiàn)高效能超超臨界機(jī)組設(shè)備設(shè)計(jì)制造的自主化，重點(diǎn)要對鍋爐過熱器和再熱器的高溫耐蝕合金進(jìn)行研發(fā)。
交通運(yùn)輸用鋼：高強(qiáng)度、高韌度、高精度
鋼材是交通運(yùn)輸?shù)闹饕完P(guān)鍵材料，鋼材部件占(按重量計(jì))汽車材料的70%、船舶材料的90%、鐵道車輛的90%、飛機(jī)材料的10%。安全、舒適、快捷、節(jié)能是交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向，這也需要鋼材具有高強(qiáng)度、高韌度、高精度、良好的加工性能等。
汽車用鋼。進(jìn)入21世紀(jì)以來，新能源汽車的發(fā)展，對減量化的需求更為迫切，對汽車用高強(qiáng)鋼的性能也提出了更高要求。汽車用高強(qiáng)鋼已經(jīng)從傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼發(fā)展為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。這種先進(jìn)高強(qiáng)鋼的使用將進(jìn)一步減輕車身重量，對傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼而言，鋼的強(qiáng)度和塑性一般是矛盾的，鋼強(qiáng)度的提高常常伴隨著塑性的下降。傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼的另一局限是其強(qiáng)度很難突破600MPa。汽車用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的技術(shù)方案是在生產(chǎn)過程中對鋼板的組織演變進(jìn)行控制，最終獲得理想的微觀組織匹配，從而同時(shí)保證材料的高強(qiáng)度和高塑性。目前出現(xiàn)的第三代汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS），越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。另外，馬氏體鋼作為唯一已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的超高強(qiáng)度鋼，近年來由于熱沖壓技術(shù)的進(jìn)步，重新引起重視，在品種開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)兩方面均產(chǎn)生了新的發(fā)展。
高鐵用鋼。隨著鐵路客車運(yùn)行速度的不斷提高，性能良好的高速客車軸承將得到大量應(yīng)用。由于受設(shè)計(jì)開發(fā)能力和制造水平等諸多因素的限制，目前國內(nèi)生產(chǎn)的NJ(P)3226X1型客車軸承僅適用于運(yùn)行速度160km/h以下的車輛，嚴(yán)重制約了國內(nèi)高速鐵路客車產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。為適應(yīng)鐵路客車大面積提速的需要，我國鋼企亟需對時(shí)速200km/h~250km/h的高速鐵路客車軸承開展專項(xiàng)研究。
高鐵用彈簧鋼應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，希望得到更高的力學(xué)性能(特別是彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈減性能(即抗彈性減退性能，又稱抗松弛性能)、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)等。為此，彈簧鋼材必須有極佳的冶金質(zhì)量、良好的純凈度、均勻度和穩(wěn)定性以及優(yōu)良的表面質(zhì)量和優(yōu)良的力學(xué)性能。預(yù)計(jì)今后幾年，國家將投入20多億元對現(xiàn)有的鐵路車輛進(jìn)行更新改造，彈簧鋼需求量在5萬噸以上。并且要求彈簧在尺寸規(guī)格不變的情況下，設(shè)計(jì)應(yīng)力能達(dá)到1100MPa，疲勞壽命要由原來的100萬次提高到200萬次甚至300萬次以上。
