2021

以创新担起钢铁强国责任，以绿色材料筑牢产业根基

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　　上海大学材料科学与工程学院是全国大学材料学院中的佼佼者，在钢铁人才培育和材料研发方面作出了巨大贡献。尤其是上海大学凭借地处长三角的区位优势致力于汽车用特殊钢产业联盟建设，将加快推进我国汽车产业链的发展。为了深度了解上海大学材料学院在汽车用特钢领域的成果和联盟建设工作进展，《世界金属导报》记者采访了材料科学与工程学院院长董瀚。
　　
　　记者：我们知道上海大学在高品质特殊钢研发方面拥有国家重点实验室以及雄厚的人才资源，请您介绍一下上海大学的这些资源以及近年来在汽车用特殊钢领域取得的成果？
　　
　　董瀚：上海大学材料科学与工程学院确实人才济济，各种软硬件资源也都具有一定优势。学院共有教职员工290人，其中中国科学院、中国工程院院士6人；校内建筑面积约5万平方米；实验设备原值约5亿元，这在全国的材料学院里面规模排在前几位。
　　
　　你刚才提到的省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室于2015年2月获科技部批准成立。以徐匡迪、周国治、周邦新、刘玠和张统一五位院士为核心的重点实验室立足于上海及长三角先进制造业集聚区，以国家对高品质特殊钢的重大需求为导向，在高品质特殊钢成分设计与性能调控、特殊钢冶金熔体结构与冶金反应机理、多物理场下特殊钢冶金精炼过程、特殊钢凝固原理论与组织控制、面向特殊钢需求的冶金资源综合利用等方面展开应用基础研究和关键技术研发。
　　
　　上海大学所在的长三角地区产业在全国范围是最发达的，尤其汽车产业链，从汽车的设计到整车、零部件制造，再到服役评价都很发达，形成了完整的产业集群。所以，依托区域性的优势产业，上海大学在汽车用特殊钢方面也取得了一定的成果，特别在紧固件用钢、易切削钢、非调质钢、弹簧钢等品种的开发方面。比如用于固定新能源汽车电池包的长螺杆就是由非调质钢制造而成的，尺寸精度优良，已获得泛亚技术中心的认证，并应用于新能源汽车；付建勋教授与南京钢铁公司合作研发的易切削非调质钢在硫化物控制方面走在了行业前列；吴晓春教授在冷热模具钢的热处理方面非常擅长，与钢铁企业和区域产业集群有很好的合作案例。
　　
　　总体来讲，汽车用特殊钢领域，从材料研发到零部件制造技术再到服役评价，构建技术产业链，是上海大学材料学院的一个重点的发展方向。
　　
　　记者：今年2月初，汽车用特殊钢产业技术联盟建设工作于上海大学云宣布开始。请您谈一下该联盟在推动汽车用特殊钢产业链发展方面所做的工作及取得的进展？
　　
　　董瀚：随着汽车轻量化和新能源汽车的发展，要求用于汽车关键零部件的特殊钢不断提高强度、韧性、抗疲劳破坏与延迟断裂、耐高温、耐腐蚀等性能。经过几代人的奋斗，我国特殊钢品质大幅提高，然而与国外先进水平相比仍然有差距，高端材料还需要大量进口。汽车用特殊钢的特殊之处就是其技术要素贯穿了材料生产、零部件制造、服役失效的全产业链，仅仅关注上述一个方面是无法获得应用的。为提升我国汽车用特殊钢品质，推动我国汽车产品的市场竞争力，迫切需要组建包括整车设计制造企业、零部件制造企业、特殊钢生产企业、标准制定机构、科研院校在内的跨行业汽车用特殊钢技术联盟。
　　
　　为此，上海大学联合中国金属学会倡议组建跨行业的汽车用特殊钢产业技术联盟。今年2月8日，汽车用特殊钢产业技术联盟正式展开筹建工作。联盟立足于汽车产业发达的长三角地区，服务于全国。该联盟将基于零件设计与应用、特殊钢生产、零部件制造、服役评价、检测技术、标准制定的全产业链技术，实现自主创新和超越，促进我国特殊钢产业高质量发展、推动汽车轻量化和特殊钢高品质化发展。
　　
　　联盟由中国金属学会联合上海大学、钢铁研究总院、北京科技大学等单位共同建设，依托上海大学。联盟的成员主要包括长三角的特殊钢生产企业、汽车主机厂、零部件制造厂、科研院校、分析测试机构等。联盟工作的推进分专题进行，目前率先做起来的是紧固件用钢和弹簧钢技术。
　　
　　记者：上海大学作为材料领域的代表院校，请问上海大学未来在汽车领域用，且符合国家重点新材料范畴的特殊钢开发方面有哪些发展方向？
　　
　　董瀚：我们需要努力的方面很多。我首先讲的是，汽车轻量化是汽车制造的大趋势，轻量化首先是保证高强化。提高强度并不难，但高强化首先带来的问题就是韧性和塑性的下降，另外还有两个更重要的失效问题，就是延迟断裂和疲劳破坏，解决这两个问题有一定难度。以高强度紧固件举例来讲，目前国标里面要求的紧固件用钢最高是12.9级，国内外都在加快紧固件用钢的研究，据我们了解，国外能生产并应用17.8级紧固件产品。去年上海大学尝试研发了24.8级的紧固件用钢，抗拉强度达到2400MPa，屈强比0.8，疲劳破坏依然是一个制约问题。所以尽管2200MPa以上的高强度很难突破，但仍然可以达到，然而后续的延迟断裂和疲劳破坏是一个需要花大气力去克服的问题。
　　
　　所以，在汽车领域用钢发展方面，要综合考虑汽车制造业领域的轻量化、燃油效率、安全性的法律法规，同时也要考虑汽车制造的成本以及用户购买的承受能力，在此基础上研发和生产能有效平衡性能、成本等综合因素的特殊钢。上海大学会充分利用区位优势、长三角地区的汽车产业链优势，同时也会依据实际的产业化需求为我国汽车用特殊钢的发展贡献力量。
　　
　　记者：就我国汽车用特殊钢的发展而言，哪些品种的研发和制造已经走在世界前列或至少能完全实现进口替代？哪些品种还面临“卡脖子”问题，亟需有所突破？
　　
　　董瀚：我国不少汽车用特殊钢的生产能力已达到国际先进水平，比如兴澄特钢等钢厂生产的轴承钢和帘线钢、南京钢铁的非调质钢和弹簧钢、中天钢铁的冷镦钢等，相信未来还会有更优质的产品面世，促进品种繁多的齿轮钢、非调质钢、紧固件钢等形成汽车制造可以普遍接受的中国标准。
　　
　　对于你提到的解决“卡脖子”问题，我觉得要分两个层面来讲，一是哪些是卡在我们的技术上和质量上，如果说我们是自己的生产能力不行，那我们需要赶紧加油，我们需要学习，需要填补空白；二是还有哪些产品是我们能生产出来，但卡在认证过程上。对于第二个层面，举个例子，最典型的就是适航认证。通不过C919适航认证，300M钢的大飞机起落架就无法国产化。再比如高铁的转向架轮对，马钢有能力生产，但是不是能够实现应用又是另外一回事。
　　
　　对于这些问题，认证过程的严格性和漫长的程序是一个方面，但另外很重要的一方面，是我们产业链上的特殊钢企业形态与发达国家的演变不同，我们的跨越式发展有别于西方工业化国家的渐进式发展。材料生产与零件制造和应用服役是相互协同逐渐成长的。我国特殊钢企业更关注材料生产，而零部件企业只生产零部件，检测与评价能力相对较弱，亟需向下延伸或融合。相比之下，国外一些特殊钢企业的测试与应用性能评价能力非常强，有些企业既生产材料，也生产零部件，比如主要的高铁轮对生产企业。
　　
　　需要强调的是，他们是伴随着工业化过程一起成长起来的，我们的后起跨越式发展的优势发挥与劣势克服需要考虑。上面我们提到的产业联盟就是一个很好的途径，能够在一定程度上推进产业链发展，可以说联盟的成立是企业自身利益的需求，但联盟工作的开展也有很大的挑战，需要尊重市场经济的发展规律。
　　
　　具体到“卡脖子”品种，对于发动机用紧固件，国外品牌汽车都使用进口紧固件，合资品牌汽车使用进口盘条制造紧固件，因为汽车对紧固件性能的稳定性要求特别高。而大多数国内特殊钢企业生产的紧固件用钢性能指标是达标的，但质量稳定性和一致性有待提高。除了紧固件用钢，气阀弹簧钢丝也存在同样的问题。
　　
　　我觉得，除了要突破“卡脖子”技术，我国钢铁企业必须进行源自基础研究的自主创新。我国作为全球最大的钢铁生产国，应该承担起全球钢铁行业的引领发展责任，可以说，钢铁材料的创新是历史赋予中国的责任。我国钢铁行业的高质量发展方向是绿色化和智能化。作为钢铁企业，其主业是生产材料，需要研发并生产出更多的新型钢铁材料。从全生命周期来看，钢铁材料本身就是一种绿色材料。我国钢铁行业应持续生产出有利于减碳的新型钢铁产品，从而为社会可持续发展作出贡献。来源：世界金属导报

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