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杨建炜:响应国家战略 发展高性能海洋耐蚀钢铁材料

2018-10-19 15:24:19
作者:王元
来源:中国腐蚀与防护网

海洋耐蚀钢铁材料的发展现状如何?高性能海洋耐蚀钢铁的发展关键是什么?未来将何去何从?记者特邀请到首钢集团有限公司技术研究院用户技术研究所杨建炜副所长做相关方面的精彩解读。

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    21 世纪是“海洋的世纪”, 发展海洋事业已成为全世界的广泛共识,合理开发和利用海洋资源是世界各国共同关注的话题。在海洋资源开发和利用的过程中,钢材扮演着不可或缺的角色,面临严酷的海洋服役环境,高性能海洋耐蚀钢的研究应用成为当下业界追逐的热点。海洋耐蚀钢铁材料的发展现状如何?高性能海洋耐蚀钢铁的发展关键是什么?未来将何去何从?记者特邀请到首钢集团有限公司技术研究院用户技术研究所杨建炜副所长做相关方面的精彩解读。


    记者:请结合您的科研经历,谈谈海洋耐蚀钢铁材料的现状以及发展海洋耐蚀钢铁材料的关键是什么?应该怎么做?


    杨所长当今,海洋科技已进入全球科技竞争的前沿,并成为国家间综合实力较量的焦点之一。海洋科技的发展离不开钢铁材料,但海洋环境对钢铁材料有强烈的腐蚀作用,因此,耐腐蚀性能也成为钢铁产品市场竞争最重要的指标。


    追溯耐蚀钢的研发历史,国外对海洋耐蚀钢的研究起步较早,1951 年,U.S.Steel 公司率先开发出Cu-Ni-P 系USS Mariner 钢,应用于护岸钢桩,大大减轻了飞溅带的腐蚀,是普通碳钢的2倍,但由于P 含量较高,导致其焊接性能较差。1965 年,日本钢企引进Mariner钢的技术, 先后开发了Cu-Cr-P 系,Cu-Cr-Al-P 系,Cu-Cr-Mo 系等耐海水腐蚀钢,用Cr 取代了Ni,巩固了Cr在耐海水腐蚀钢中的地位,继而又开发了更低合金的铬系耐海水腐蚀钢,具有良好的耐海水腐蚀性和焊接性,海水用钢多数定为1% Cr。含3%Ni 的新型耐候低合金钢由日本新日铁住金开发,相比传统耐候钢Corten 系列,其合金含量有所增加,但这种新型耐候钢可在沿海环境中免涂装使用,不需定期进行涂装维护。目前,国外耐海水腐蚀钢已形成系列化产品并规模化推广应用,按成分分为Ni-Cu-P 系、Cr-Cu 系、Cr-Al 系、Cr-Nb 系、Ni-Cu-P 系、Cu-Cr-Mo 系等。国内耐海水腐蚀钢研究始于20 世纪60年代,研制的钢种也近200 种,其中09MnCuPTi、10CrMoAl、10Cr2MoAlRE 等牌号通过鉴定,但在推广应用上与国外有一定差距,重要海洋工程承载结构件上应用较少。


    近些年,大型油轮货油舱用耐蚀钢的开发成为船用耐蚀钢的热点,这一领域日本走在了前列。2002 年,日本钢厂开始研发船用耐蚀钢,新日铁、JFE开发的船用耐蚀钢包括AH32、AH36、DH32、DH36,在三菱重工超大型油轮(VLCC)实船获得应用,2006 年日本政府向国际海事组织(IMO)申请耐蚀钢可替代涂层防腐,2009 年4 月,日本NYK 公司和新日铁公司在迪拜展示了其在原油船货油舱使用耐腐蚀钢情况。国内自2010 年至今,首钢、鞍钢等相继开发出货油舱用耐蚀钢和配套的焊接材料,满足国际海事组织的检验与应用要求,并开展了“大庆435”号的油轮改造和实船挂片等工作,标志着我国油轮货油舱用耐蚀钢即将进入批量生产供货和实船建造阶段。


    我国耐海水腐蚀钢和船用耐蚀钢的研发、生产与应用,和国外先进钢企相比还有很大的差距,针对这一情况,2010 年由中国钢铁协会联合鞍钢、首钢等多家钢企成立了耐蚀钢产业技术创新战略联盟,旨在推动国内先进耐蚀钢的开发和应用,目前该联盟已发展成为包含科研院所、高校、设计单位、检测单位、下游用户等26 家单位的联合体,针对典型腐蚀环境用高品质耐蚀钢开展多项联合攻关项目,涉及能源、建筑、桥梁、造船、车辆、交通运输、海洋工程等多个领域,尤其在耐海洋环境腐蚀用钢和船舶耐蚀钢的开发应用方面加大了研发投入力度,也取得了阶段性进展。


    习总书记在7 月13 日下午主持召开中央财经委员会第二次会议中提出要提高关键核心技术的创新能力,并规划了清晰的路线图。关键核心技术是国之重器,对推动我国经济高质量发展、保障国家安全都具有十分重要的意义。按照习总书记规划的路线图,在海洋环境用钢的开发和应用上需要突破系列技术瓶颈,解决诸多科学问题,才能形成海洋耐蚀材料开发与应用的核心技术。建议如下:1)在国家层面制定海洋耐蚀钢的科技发展规划,加大支持力度和研发投入。搭建产学研检用平台,构建从材料开发、生产、制造、检测、应用的全产业链协同创新联合体。耐蚀钢产业技术创新战略联盟发挥主体作用,通过基础研究和理论突破,建立和完善我国海洋材料标准体系;2)材料生产企业要形成钢板生产和应用的系列关键技术,包括:中厚板与特厚板钢水纯净度控制技术、夹杂物种类及尺寸控制技术、连铸坯中心偏析控制技术、特厚板轧制工艺控制技术、低 Pcm 特厚钢板精准组织调控技术等。更加注重中厚板和特厚板的可焊性研究,做到配套焊材和焊接工艺与钢板的同步开发,形成大热输入下高强钢板焊缝及热影响区韧化技术、特厚板高效焊接及焊缝质量控制技术、焊缝超低氢控制技术等;3)科研院所和高校持续加强科学问题的研究,包括抗疲劳易焊接高强度耐蚀特厚板成分设计方法、特厚板均质化及强韧化机理、中厚板与特厚板轧制控制理论、低预热/ 不预热特厚板高效焊接冶金原理、高温高湿高盐海洋环境下耐蚀钢耐蚀机理、特厚板焊缝与热影响区耐蚀机理及腐蚀控制理论、海洋环境多因素耦合作用下耐蚀钢寿命评估理论等。

 

    记者:请您介绍一下您所在的研究院的创立过程和发展现状。


    杨所长:首钢集团有限公司技术研究院(以下简称“技术研究院”)始建于1960 年,1995 年经国家经贸委、税务总局、海关总署确认为国家级企业技术中心。目前已具备从铁前原燃料优化配比到冶炼、热轧、冷轧、退火、镀锌以及用户技术开发等钢铁生产全流程的仿真模拟、工艺优化等能力。拥有85个实验室,试验设备414 台/ 套;分析检测能力由结果检测拓展到过程检测,钢铁化学成分微量分析能力达到ppb 级,微观分析尺度达0.14nm。通过中国合格评定国家认可委员会(CNAS)实验室资质认定。


    技术研究院是首钢技术创新体系的核心,是首钢科技创新的组织管理中心、研发推广中心和高素质人才培养输送基地。技术研究院在岗职工540 余人,其中博士110 余人,高级职称170 余人。技术研究院在国家企业技术中心评价中一直排名行业前十,曾获得“国家认定企业技术中心成就奖”。

 

    技术研究院建立了“一级研发、多地分布、任务导向、柔性流动”高效协同的研发体系,把创新成果和共性技术应用于产线,实现科技成果的落地转化。 技术研究院建立了开放高效的外部合作体系,与国内外80 余家研究机构、上下游产业联盟建立了长期稳定的合作关系。技术研究院主动融入国家创新体系,承担“十一五”、“十二五”、“十三五”多项国家、北京市科技项目。被北京市知识产权局授予“北京市专利示范单位”。在“国家标准研制贡献指数”大数据分析报告中,首钢名列冶金行业第一位。


    记者:请您谈谈首钢在耐蚀钢方面的研发状况如何?取得了哪些成果?发挥了哪些社会效益和经济效益?


    杨所长:首钢研发的耐蚀钢按用途主要分为耐田园及工业大气腐蚀、耐海洋大气腐蚀、耐海水腐蚀、耐酸性介质腐蚀、耐火耐候等五大类产品,覆盖能源、建筑、桥梁、造船、车辆、交通运输、海洋工程、市政建设等多个领域,首钢是国内领先的耐蚀钢系列化产品供应商,累计供货超过600 万吨,规格厚度0.6-150mm,强度级别覆盖235-700MPa。


    在耐田园及工业大气腐蚀用钢领域,420MPa 级电力塔架用耐候钢及配套螺栓应用于国内第一条免涂装电力塔架示范线,Q345qENH 应用于国内第一座免涂装公路桥- 官厅水库桥,S355J2W 应用于英国州际公路耐候桥,A709HPSGr50W 应用于意大利、委瑞内拉免涂装耐候桥项目;在耐海洋大气腐蚀用钢领域,成功开发出SPA-H、SQ550J 和SQ700J 高强热轧集装箱钢、SQ450W 和SQ550W 第二代轻量化高强集装钢,是中集、胜狮、中海等企业的核心供应商,全球最大集装箱企业中集集团的战略合作伙伴,曾连续4 年位居国内最大集装箱用钢生产企业;在耐海水腐蚀用钢领域,完成A690M、10CrMoAl钢板、HRB400c、SNS600 和SNS800 钢筋等产品的开发,正在开展海洋挂片试验和海岸小型钢结构建筑示范;在耐酸性介质腐蚀用钢领域,BMS、BNS、X52MS、X60MS、X65MS 等一系列抗酸管线钢产品,应用于国内长庆油田等大型酸性油气田,并出口至伊朗、科威特、伊拉克等国家,在国内外重点管道建设项目中发挥了重要作用,2014 年“抗硫化氢腐蚀管线钢的开发与创新”项目获得冶金科学技术二等奖。耐硫酸露点腐蚀钢系列产品广泛应用于电厂、化工等领域,兼具耐硫酸和耐盐酸腐蚀的新型耐蚀钢,其耐蚀性能为Q295NS 的4-5倍。已成功开发油轮货油舱用E40 级高品质耐蚀钢和配套焊材,完成为期4 年的实船挂片试验研究,综合性能满足国际海事组织标准要求;在耐火耐候钢领域,开发的460MPa 级耐火耐候钢成功应用于国内第一座沿海工业大气环境下免涂装钢结构建筑。


    近年来复合板/ 卷作为不锈钢的替代产品,以高耐蚀、低成本的优势广泛应用于城市管网改造、输油输气螺旋管道、钢厂介质管道、化工厂储罐以及电梯、家电等领域,首钢轧制复合板/ 卷按用途分为市政基建、路桥结构、油气管道、化工容器等四大类近30 个品种,复层涵盖奥氏体不锈钢、铁素体/ 马氏体不锈钢、双相不锈钢、镍基合金及钛等多种特殊材质,供货厚度范围3.5-60mm。产品应于福建平潭海峡公铁两用大桥、京张铁路官厅水库特大桥、塔里木油田、首钢京唐二期海水淡化等重大工程项目。另外,不锈钢复合管在北京首钢园区中进行示范应用,这将积极推动城市输水管网的改造升级,让市民喝上更干净的水。


    首钢承担和参与多项耐蚀钢铁材料开发及应用领域的国家项目,承担国家重点研发计划“基于钢铁流程余热利用的海水淡化技术研发及示范”项目,参与国家重点研发计划“建筑结构用抗震耐蚀耐火钢”、“苛刻环境下铁路车辆关键部件用钢”、“高性能桥梁用钢”等项目,参与工信部绿色制造系统集成“环保型耐候杆塔绿色设计平台集成应用技术”项目。首钢积极参与耐蚀钢领域国家或行业标准的制修订,是铁塔用热连轧钢板和钢带国家标准起草负责单位,是钢筋混凝土用耐蚀钢筋、集装箱用钢板及钢带、桥梁结构钢、耐火结构用钢板及钢带等耐蚀产品国家标准起草的参与单位。首钢对践行国家绿色发展理念起到了很好的示范带头作用。

 

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国家级焊接大师刘宏在进行厚板的多丝埋弧焊焊接试验

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首钢与北京科技大学合作在泰国进行耐蚀钢挂片试验


    记者:您主要从事钢铁产品的应用技术研究和汽车板先期介入(EVI)工作,请大致介绍一下您的科研工作,并重点谈谈您印象深刻的科研工作和感想?


    杨所长:我在技术研究院用户技术研究所工作,主要为首钢产品的用户使用和新产品认证提供全面技术支持,推动首钢产品升级和新钢种的开发,先期介入用户应用技术领域,为用户提供材料和应用的整体解决方案,是联系首钢产品与下游用户的桥梁和纽带。用户技术研究所主要包括汽车板EVI、焊接、成形、腐蚀、涂装、工程结构分析及安全评估等研究方向,覆盖首钢21 大类钢铁产品。用户技术研究所拥有国内一流的实验装备和实验室,包括汽车板成形实验室、冷/ 热轧焊接实验室、腐蚀与涂装实验室等,其中冷轧焊接实验室通过福特全球认证,实验数据获得奔驰、宝马、福特等高端车企认可。2015 年国家人力资源和社会保障部批准挂牌成立了“刘宏技能大师工作室”,“首钢低合金耐蚀钢开发及腐蚀控制技术”成为北京市国资委资助的北京市优秀科技创新团队。


    当前,首钢正围绕做优做强钢铁业,打造“制造+ 服务”的综合竞争力,以满足高端客户需求为目标,实现从产品制造商向综合服务商转变,打造一批具有国际竞争力的钢铁产品,成为高端客户信赖的服务商。用户技术是“制造+服务”中重要的一环,是产品结构调整重要的一环,更是重要的竞争力要素,既要适应产品结构调整的需求,又要满足行业影响力的需求。我们这个团队秉承着创新、传承和服务的工作理念,近年来先后参与国家重点研发计划、北京市科委项目、首钢集团重大科研项目等,印象深刻的科研经历和事迹有很多,比如焊接团队高强钢焊材与焊接工艺开发、汽车板团队派驻用户开展EVI 实践、腐蚀团队开发首钢园区高性能耐候透明涂层等等,下面结合自己的切身感受,与大家分享一个首钢品种开发与用户技术高效协同的科研项目。


    从国家战略需求出发,首钢于2008年启动“超大型水电站用金属结构关键材料成套技术开发应用” 项目。首钢联合水电设计、焊材生产、水电施工等多家单位建立了产学研用一体化协同创新模式,形成了推动攻克关键核心技术的强大合力。多专业交叉、融合、协同是项目团队一直秉持的原则,过程中经历基础研究、钢板开发、焊材开发、推广应用等几个阶段,最终形成了超大型水电站金属结构关键材料成套技术,建立了从水电站金属结构设计,到易焊接高强度钢板及焊材同步开发、焊接工艺创新,再到工程应用的一体化解决方案。


    创新没有捷径,不是一瞬间的顿悟,而是锲而不舍的长久坚持。立项之初,易焊接水电钢板没有成熟的设计方法和模型参考,150mm 特厚钢板长期依赖进口模铸产品,连铸坯生产低Pcm 特厚钢板是世界级的冶金难题,诸多瓶颈问题需要一一解决。该项目历经十余年,团队成员们默默无闻,潜心研究,一点点积累,一步步跨越,先后突破了150mm特厚钢板、低预热温度大热输入800MPa级高强钢板及配套焊材生产的基础理论和关键工艺技术,为超大型水电站建设提供重要的技术保障。该项目研究成果成功应用于全球31 座超大型水电站,为建设世界最高水头1175 米的苏巴姑水电站、世界最大单机容量100 万KW的白鹤滩水电站、发电量超过老挝17%的XPXN水电站提供了关键的金属材料。该项目获得2018 年国家科学技术进步二等奖(公示阶段)。


    总之,敢于担当,勇于创新,耐得住寂寞,坐得了冷板凳,是科技工作者最优秀的品质。


    记者:请谈谈您所在研究院在未来的发展规划,以及在耐蚀钢项目研究上将做哪些推进研发的举措?


    杨所长首钢集团“十三五”发展规划》明确提出,“十三五”期间,首钢要打造有世界影响力的钢铁产业集团和有影响力的城市运营服务商。全面深化改革,加快转型发展,在京津冀协同发展中发挥示范带动作用。技术研究院以国家创新驱动发展战略和京津冀协同发展战略为指南,围绕北京城市功能定位,推进落实首钢集团“十三五”规划,作为集团科技创新的发动机,为全面提升转型发展质量和效益提供重要科技支撑。坚持改革创新,着力推动质量变革、效率变革、动力变革,构建协同开放的集团技术创新体系。坚持问题导向,持续“调结构、强工艺、育人才、优质量”,努力把技术研究院建设成为国内一流、国际知名的研究院。


    习总书记在十九大报告中提出“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国”,昭示我国坚定不移地提高海洋开发能力,发展海洋经济,建设海洋强国的决心。 “十三五”国家科技创新规划对我国海洋领域的发展提出了明确的方向和目标,海洋勘探与开发技术、装备都将成为突破点。《中国制造2025》把海洋工程装备及高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进。发展海洋装备、建设海洋工程是推进和实施国家海洋战略的重要内容,然而,海洋工程材料在恶劣海洋环境下的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损,成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一,严重影响其可靠性和寿命,并带来巨大经济损失。


    首钢在海洋材料开发和应用领域有很好的研究基础和业绩,已通过船舶与海洋工程用钢的九国船级社认证和ISO9000 认证,具备A、B 级至E690牌号的生产能力,强度范围从235MPa至690MPa 的全覆盖, 最大厚度达到130mm,高端船体及海洋工程用钢产量超过50 万吨,包括船级社、欧标EN 以及美标API 系列产品。首钢高等级海洋工程用钢供货世界最大的半潜式平台蓝鲸1 号、世界最大的40 万吨矿砂船、国内第一座自主研发的300 英尺自升式平台、具有完全自主知识产权400 英尺平台等一系列重大工程,助推了海洋工程装备的国产化。


    目前,首钢形成了耐海洋大气腐蚀钢和船用耐蚀钢系列产品的研发和生产技术。为响应国家“建设海洋强国”战略的号召,在耐海洋腐蚀材料的研制和工程应用上将持续加大研发投入,主要在以下几方面推进工作:1)整合内外部资源,联系下游用户,构建创新联合体,通过全产业链的合作,在基础研究和应用前共性技术研究上力争取得新突破,形成耐蚀钢研发、生产、应用、评价的核心技术,建立耐蚀钢研制和应用的国家或行业标准,推动我国重大海洋工程的建设;2)建立一支多专业、多领域交叉的海洋耐蚀钢研发与应用技术研究团队,以项目为抓手,协同高效,注重原始创新,通过早期介入用户超前需求、后期跟踪改进等模式,由单纯的提供“产品”向“产品+ 一揽子解决方案”转变,不仅满足用户当前需求,还要创造和引领未来需求,实现上下游共赢;3)持续提升科研和检测实力,强化科研条件平台建设,完善研发手段,自主开发模拟海洋环境耐蚀钢的评价设备和方法、先进涂层的评价设备和方法、海洋微生物污损评价设备和方法、原位电化学测试系统等,搭建材料研发制备、性能检测、机理分析、仿真模拟、应用技术的一体化研究平台;4)聚焦典型的海洋或船舶腐蚀环境,有针对性的开发高品质低合金耐蚀钢产品,打破国外技术封锁,形成拥有自主知识产权的关键核心技术,比如开发海岸大气环境用建筑结构耐蚀钢生产及应用技术、南海岛礁用耐蚀钢生产及应用和腐蚀防护的成套技术、深海热液区及极地高寒区海洋装备和船舶用钢生产与应用技术、耐微生物腐蚀的高性能海洋装备用钢生产及应用技术等。


    按照需求导向、问题导向、目标导向,从国家海洋发展战略需要出发,首钢技术研究院将在人才培养、创新投入机制、应用基础条件建设、创新联合体、对外开发等方面持续下功夫,切实提升高性能海洋工程材料研制与应用的关键核心技术创新能力,努力早日取得原创性突破,为我国海洋强国战略和“一带一路”战略的实施提供有力保障。


    后记:


    科技兴则国兴, 科技强则国强。海洋科技已进入全球科技竞争的前沿,成为国家间综合实力较量的焦点之一。欲穷千里目, 更上一层楼,我们相信,通过广大科研人员的共同努力,高性能海洋耐蚀钢铁材料的研发必会取得更大的进步和成就。


    人物简介


    杨建炜,博士,高级工程师,首钢集团有限公司技术研究院用户技术研究所副所长,主要从事耐腐蚀低合金钢种的开发和应用技术研究、钢铁材料表面处理技术、金属材料的腐蚀与防护技术、汽车板先期介入(EVI)与应用技术研究等工作,负责国家重点研发计划项目子课题1 项,负责或参与工信部绿色制造系统集成、北京市科委和首钢集团公司多项重点科研项目,北京市优秀科技创新团队负责人,被授予“北京市青年岗位能手”称号。近年来获得冶金科学技术一等奖1 项和北京市科学技术奖一等奖1 项,第十二届北京冶金青年科技优秀论文一等奖,授权国家发明专利5 项,发表论文20 余篇。目前担任耐蚀钢产业技术创新战略联盟副秘书长,中国腐蚀与防护学会理事,中国腐蚀与防护学会环境敏感断裂专业委员会委员,中国汽车工程学会汽车防腐蚀老化分会和越野车技术分会委员,全国专业标准化技术委员会金属和合金腐蚀分技术委员会委员等社会职务。

 

 

 

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责任编辑:王元

 

 


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标签: 首钢, 海洋耐蚀钢铁, 杨建炜

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