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廉心桐:鋼材是持續(xù)發(fā)展的新材料
發(fā)表于 2020-12-03 00:00:00 行業(yè)洞察

“鐵器自從3500年前進(jìn)入人類社會(huì)后就再也沒有離開過(guò),今天的鋼鐵材料與20年前的鋼鐵材料已經(jīng)大不相同了?!?1月27日,上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士后廉心桐在由中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)指導(dǎo)、中國(guó)冶金報(bào)社和三寶集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合主辦、福建省冶金工業(yè)協(xié)會(huì)和中晶環(huán)境科技股份有限公司協(xié)辦的2020(第三屆)全國(guó)鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展大會(huì)上這樣表示。她認(rèn)為,鋼材是持續(xù)發(fā)展的新材料,綠色是鋼材發(fā)展的方向,并在會(huì)上介紹了兩種鋼鐵新材料——稀土耐蝕普碳鋼和含銀抗菌毒鋼鐵材料。

成本低、壽命長(zhǎng)的稀土耐蝕鋼

廉心桐介紹,2019年全國(guó)粗鋼產(chǎn)量近10億噸,超過(guò)全球總產(chǎn)量的一半。在這近10噸的粗鋼中,普碳鋼占比為70%左右,低合金鋼占比為20%左右。這些產(chǎn)品量大面廣,面臨著容易被腐蝕的問題。

廉心桐介紹,我國(guó)鋼鐵材料每年因腐蝕造成的損失占GDP的3%~4%。鋼鐵企業(yè)為了減少鋼鐵材料的腐蝕,常采用兩種方法。一是合金化,如低合金耐候鋼、高合金不銹鋼,但是成本較高;二是表面涂鍍,如金屬鍍層、油漆涂刷等。金屬鍍層使用的年限大概是15年~20年,失去鍍層之后,鋼材腐蝕會(huì)加快。“所以,我們需要更低成本和更環(huán)保的方式來(lái)提高鋼材性能?!彼f(shuō)道。

鋼材的發(fā)展,代表性的階段產(chǎn)品分別為Q235RE、304L(不銹鋼)、316L、904L(超級(jí)不銹鋼)。在這期間,鋼材耐腐蝕性能不斷提高,新的合金化概念也被提出,如稀土合金化。

廉心桐介紹,我國(guó)稀土儲(chǔ)量和生產(chǎn)量為世界第一,也是唯一一個(gè)具有全部稀土元素種類的國(guó)家,高豐度、低成本稀土鑭鈰釔堆積如山,鑭鈰釔亟須拓展應(yīng)用,促進(jìn)稀土均衡利用。

稀土合金化的耐腐蝕作用已被研究證實(shí)。廉心桐所在的上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)董瀚團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了稀土多形合金化機(jī)理,具體為:稀土變性?shī)A雜物,減小與基體電極電位差,避免點(diǎn)蝕發(fā)生;稀土偏聚于界面,降低界面能量,避免局部腐蝕發(fā)生;穩(wěn)定與致密表面銹層組織,有效減緩腐蝕速率合金化。

廉心桐介紹,基于以上研究,董瀚團(tuán)隊(duì)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新,開發(fā)了稀土穩(wěn)定加入技術(shù),使得稀土具有高收得率(≥70%),元素均勻分布,連澆生產(chǎn)順行,鋼材耐腐蝕性能提高,平均達(dá)到30%~50%,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中鋼材耐腐蝕性能可以達(dá)到翻番的狀態(tài)。產(chǎn)品用于鋼結(jié)構(gòu)民居、標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)廠房、鋼筋混凝土建筑、集裝箱方艙、外掛裝飾、地螺絲等。

稀土耐蝕鋼和鍍鋅的鋼材相比,優(yōu)勢(shì)有兩點(diǎn)。一是成本低;二是使用壽命長(zhǎng),鍍鋅層的時(shí)效是15年~20年,而稀土耐蝕鋼的使用壽命可以達(dá)到70年,對(duì)鋼材的綠色化及減量化應(yīng)用具有積極意義。

為健康增護(hù)盾的含銀抗菌毒鋼

“綠色材料除了腐蝕性能和低成本以外,還要安全健康?!绷耐┙榻B,董瀚團(tuán)隊(duì)研發(fā)的含銀的抗菌毒鋼鐵材料對(duì)生命的安全和健康有較大作用。

銀在水中能分解出極微量的銀離子。這種銀離子能吸附水中的微生物,使微生物賴以呼吸的酶失去作用,從而殺死微生物。銀離子的殺菌能力十分驚人,十億分之幾毫克的銀就能凈化1千克的水。

銀制品價(jià)格高,多用于裝飾品或高檔餐具,適用范圍小,董瀚團(tuán)隊(duì)研發(fā)的含銀抗菌毒鋼鐵材料,通過(guò)銀多形合金化可提高銀收得率、降低材料成本,具有耐腐蝕、易成形、消毒殺菌的特點(diǎn)。目前在民用領(lǐng)域的主要有馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼。此外,該材料在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、重大裝備等領(lǐng)域也有應(yīng)用。

廉心桐說(shuō),目前,董瀚團(tuán)隊(duì)研發(fā)的HT150抗病毒材料對(duì)甲型流感病毒能夠起到99.95%的抗病毒率,HT150、751M、A304L抗病毒材料對(duì)黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率能達(dá)到99.9%以上??咕⒖共《静讳P鋼可以應(yīng)用在公共場(chǎng)所設(shè)施和餐飲廚衛(wèi)等領(lǐng)域。

“鋼鐵材料的核心競(jìng)爭(zhēng)力是低成本,我們希望獲得低成本、高性能的鋼鐵材料。”廉心桐說(shuō)道。


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