超级钢 从实验室到工厂的路还有多长?

8月24日,全球顶级学术期刊《Science》(《科学》)发表了中国3地(北京、香港、台湾)科学家共同合作研究的最新科研成果———D&P超级钢。他们研制的D&P超级钢突破了以往钢铁材料屈服...

8月24日,全球顶级学术期刊《Science》(《科学》)发表了中国3地(北京、香港、台湾)科学家共同合作研究的最新科研成果———D&P超级钢。他们研制的D&P超级钢突破了以往钢铁材料屈服强度和塑性难以同时提高的限制,力学性能取得了巨大提升,屈服强度最高达2.21吉帕,并且保证了良好的塑性,延伸率达到16%。
 
“一直以来,同时提高金属材料的强度和塑性是高强钢科研工作者研究的重点。我们通过创新轧制工艺,获得了一种强度和塑性达到最优组合的材料,并对其机理展开了分析研究。这给今后超级钢工业化生产提供了借鉴,并指明了一种发展方向。”9月21日,D&P超级钢研究科学家、北京科技大学冶金与生态工程学院教授罗海文在接受《中国冶金报》记者采访时说,“鉴于D&P超级钢轧制工艺上的改进和强度上的提升,目前普通热轧和冷轧设备还难以生产该材料。因此,该材料的工业化应用还需要一定的时间。”
 
超级钢为什么超级?
 
对于金属材料来说,强度和塑性一般难以兼顾。强度大的金属材料,一般塑性不佳,延展性不好,比较脆。今年4月10日,《Nature》(《自然》)在线发布了北京科技大学教授吕昭平的研究成果。吕昭平设计研发的强度高达2.2吉帕的超高强马氏体时效钢,保证了良好的塑性,金属延伸率达到8.2%,震惊了业界。
 
而此次罗海文研究的D&P超级钢,在屈服强度达到2.21吉帕的情况下,延伸率达到了16%,更是让业界惊喜不已。
 
“在这一方面取得突破,主要是因为我们引入了大量的可移动位错,解决了提高位错密度只能提高材料强度,但会降低材料延展性的问题。我们通过加大可移动位错密度来增加材料的强度和塑性,使材料真正实现‘既硬又不脆’。”罗海文说。
 
罗海文告诉《中国冶金报》记者,在研制D&P超级钢的过程中,他们在两个方面进行了创新。“一方面,在成分设计上,我们在材料中添加了10%的锰、0.47%的碳、2%的铝、0.7%的钒,这些恰当的合金化配方保证了多相多尺度的目标组织设计,在增加材料强度的同时,使材料拥有足够的塑性。并且,该钢种成分体系简单,价格低廉,可降低生产成本。另一方面,我们引入了比较复杂的轧制工艺。除了冷轧和热轧,我们还采用了温轧工艺,确保在轧制过程中形成大量具有高位错密度的马氏体和足够多的奥氏体,从而使材料具备较大的屈服强度和较好的塑性。”他说。
 
另外,罗海文表示,由于超级钢的强度超过了2.0吉帕,将来在应用方面,可以实现钢板的轻薄化。这对于汽车、航天航空等领域的轻量化发展具有极大的推动作用,不仅可以节约材料、降低成本,还可以节约能源、减少污染等。
 
工业化生产需要全产业链共同合作
 
“这次的成果属于超前研究,要实现工业化量产,还有很长的一段路要走。一般来说,材料在不同的应用领域实现量产所需的时间不同,有的领域对材料的强度要求不高,材料实现应用可能只要四五年;有的领域对材料的塑性、强度、焊接性、耐磨性等要求较高,可能需要数10年才能实现材料的应用。”罗海文表示,一个好的科研成果出来,大家都希望能够实现快速转化,尽快实现工业化生产。但实验条件和工厂生产条件不同,每个应用领域对材料的性能要求也不同。因此,要实现超级钢的产业化生产,仍需要一定时间。“我希望全产业链各个领域都能够参与进来,一起推动科研成果的应用性转化。”他说。
 
罗海文表示,要实现超级钢的工业化生产,首先,要升级和改造轧线。在实验阶段,超级钢采用的是温轧工艺。温轧的轧制温度低于热轧温度,高于冷轧温度。但是,在轧制过程中,如果温度低于热轧温度,材料的变形抗力就会很大,从而导致轧制失败。这也是企业现有轧线无法完成超级钢轧制的主要原因。“未来,创新轧制技术,通过改进轧制方式来提高材料性能,会是一个趋势和方向。”他说。
 
其次,企业的产线技术升级改造,一般都是根据用户或市场的需求,有针对性地做出改变。罗海文指出,在实际应用过程中,并非所有的用户都要求材料的强度高于2.2吉帕,并且塑性达到16%。因此,在现有生产条件下,企业应以达到最佳的力学性能为导向,在实际应用中不断提升性能,推动产品升级。
 
“这需要我们根据用户的实际需求,做更多的实验,以便在现有功能上对超级钢进行改善性研究,不断完善钢材的加工性、耐腐蚀性、耐疲劳性、焊接性等应用性能,实现超级钢的真正应用,提升‘中国钢铁’含金量。”罗海文告诉《中国冶金报》记者。
 
最后,要不断促进产学研合作,形成全产业链合力,共同推动成果落地,实现超级钢的工业化生产。罗海文指出,一个大学教授或科研工作者的精力是有限的,很难完成从研究到工业化生产和应用上的所有事情。不能要求研究者既会种树,又会木工活,还会做板凳。因此,全产业链各领域的专家、学者、企业家等,应该共同行动起来,推动产品升级换代,推动科研成果实现工业化应用。
 
另外,在与社会资本合作进行科研成果转化方面,罗海文认为,只要社会资本或企业能够尊重知识产权,实现利益共享,社会资本的参与,就有助于推动超级钢早日实现量产。“不过,科研工作者对于社会资本投资的风险了解不够,这在一定程度上会影响科研工作者与社会资本合作的积极性。”他说。
 
科学研究需要博采众长
 
此次D&P超级钢的成功研制,是中国3地科学家共同努力的结果。“在此次超级钢实验研究过程中,香港大学博士黄明欣团队提出了研究目标,并处理分析了后期数据;我的团队在材料轧制方面拥有丰富的经验,主要负责材料制备;台湾方面主要负责材料的表征测试,从材料科学的角度解释实验结果。我们3个团队的互补性较强。”罗海文说。
 
罗海文表示,科学研究要博采众长,舞阳钢铁 ,精诚合作。即使是爱因斯坦,也不可能精通所有领域,在其不擅长的领域也做不出一条“板凳”。在全球经济一体化化的今天,科学研究不应该被区域地理位置所限制,一定要善于利用各方面的资源,寻求科学上的更大突破。
 
“目前,‘产学研用’氛围浓厚,国家正在推动科技创新,走科技强国之路。科学研究离不开交流与合作。不过,在一些领域,跨地区合作项目并不多。作为科研工作者,我们希望国家继续推动重大科研项目的跨区域合作,钢板切割,加大跨区域科研合作项目支持力度,为跨区域科研合作创造更多便利条件。”罗海文表示,“虽然这次3地科学家因为有共同的兴趣‘走在了一起’,在没有项目资金支持的情况下取得了一定的成果,但是,科学研究是一个长期的过程,要想继续深化成果,取得更大的成绩,需要有专门的项目支撑才行。”另外,他还表示,在评估多方合作取得的成果方面,也需要相关政策层面的设计与鼓励,这样有利于提高科研工作者项目合作交流的积极性。
 
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